ANSYS非线性基础培训手册_Basic5

1、Training Manual几何非线性基础几何非线性基础Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual什么是几何非线性行为什么是几何非线性行为? 一个结构的总体刚度依赖于它的单个零部件一个结构的总体刚度依赖于它的单个零部件(单元单元)的取向和刚度的取向和刚度. 当单元的节点移动时当单元的节点移动时, 单元对总体刚度的贡献可单元对总体刚度的贡献可以分为几种情况以分为几种情况. 由于几何变形而引起的

2、刚度改变归类为由于几何变形而引起的刚度改变归类为几何非线性几何非线性 . ANSYS 按特征将几何非线性分为三种按特征将几何非线性分为三种: 大应变大应变. 大挠度大挠度 (大转动大转动). 应力刚化应力刚化.Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual 本章将通过以下主题介绍几何非线性基础本章将通过以下主题介绍几何非线性基础:A. 综述综述B. 三类几何非线性三类几何非线性C. 一致切向矩阵一

3、致切向矩阵D. 建模建模E. 求解求解F. 后处理后处理 目的是理解如何解释分析中的几何非线性效应目的是理解如何解释分析中的几何非线性效应.Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual 考虑与几何非线性有关的三种现象考虑与几何非线性有关的三种现象:1 如果单元的如果单元的 形状形状 改变改变 (面积面积, 厚度等厚度等), 其单独的其单独的单元刚度将改变单元刚度将改变.2 如果单元的如果单元的

4、取向取向 改变改变 (转动转动), 其局部刚度转化其局部刚度转化为全局分量时将发生变化为全局分量时将发生变化.XYBasic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual3 如果单元的应变产生较大的平面内应力状态如果单元的应变产生较大的平面内应力状态 (膜膜应力应力), 平面法向刚度将受到显著的影响平面法向刚度将受到显著的影响.XYFF随着垂直挠度的增加随着垂直挠度的增加 (UY), 较大的膜应力较大的膜应

5、力 (SX) 导致刚导致刚化效应化效应.uyBasic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual大应变大应变 行为包含所有这三种现象行为包含所有这三种现象.大挠度大挠度 行为仅包含最后两种现象行为仅包含最后两种现象.应力刚化应力刚化 行为仅包含第三种现象行为仅包含第三种现象. 因而因而, 应力刚化理论是大挠度理论的子集应力刚化理论是大挠度理论的子集, 大挠度大挠度理论是大应变理论的子集理论是大应变理论的

6、子集.大应变大应变大转动大转动应力刚化应力刚化Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual 分析中将包含几何非线性分析中将包含几何非线性, 如果如果: 指定指定大位移大位移 分析分析, 并且并且 模型中的单元类型支持几何非线性效应模型中的单元类型支持几何非线性效应. 可以在单元描述的可以在单元描述的特殊特征特殊特征 列表中找到这条信息列表中找到这条信息.例如例如, 注意注意 SHELL63 支持

7、应力刚支持应力刚化和大挠度化和大挠度, 但不支持大应变但不支持大应变 .Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual 相比而言相比而言, SHELL181 支持所有的三类几何非线支持所有的三类几何非线性性: 应力刚化应力刚化, 大挠度和大应变大挠度和大应变. 确保选择的单元类型支持必要的非线性几何行确保选择的单元类型支持必要的非线性几何行为为! Basic Structural Nonlinea

8、rities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual 改进的应变数学定义有利于大应变分析改进的应变数学定义有利于大应变分析. 根据物理意义根据物理意义, 应变总是定义为对变形体的规范化度量应变总是定义为对变形体的规范化度量. 然而然而, 应变有许多种可能的数学定义应变有许多种可能的数学定义. 尽管应变的数学定义有点任意性尽管应变的数学定义有点任意性, 但它必须符合但它必须符合一定的要求一定的要求: 没有变形时没有变形时, 应变应该为零应变应该为零 (如

9、纯粹刚体运动如纯粹刚体运动, 包括转包括转动动). 有变形时有变形时, 应变应该不为零应变应该不为零. 应变应该通过材料的应力应变应该通过材料的应力-应变关系与应力相联系应变关系与应力相联系.Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual 在非线性大应变分析中在非线性大应变分析中, 采用的应力的度量必须采用的应力的度量必须与应变的度量与应变的度量共轭共轭 .共轭共轭 意味着应变能意味着应变能 (一

10、个标量一个标量, 是应力与应变乘积是应力与应变乘积的函数的函数) 与所选的应力和应变的度量无关与所选的应力和应变的度量无关.应力应力应变应变对任何应力和应变的共轭对任何应力和应变的共轭度量度量, 应变能值必须相同应变能值必须相同Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual ANSYS 程序采用三种应变和应力的度量程序采用三种应变和应力的度量: 工程应变和工程应力工程应变和工程应力. 对数应变和真

11、实应力对数应变和真实应力. Green-Lagrange 应变和第二应变和第二 Piola-Kirchoff 应力应力. 程序根据分析类型和采用的单元自动选择用哪一程序根据分析类型和采用的单元自动选择用哪一种度量种度量. 将通过一个简单的一维例子研究这些不同的应力将通过一个简单的一维例子研究这些不同的应力和应变定义和应变定义.Fll0lBasic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual工程应变工程应变

12、 是小应变度量，用初始几何构形计算是小应变度量，用初始几何构形计算: 由于工程应变依赖于已知的初始几何构形由于工程应变依赖于已知的初始几何构形 (如长如长度度), 因此工程应变度量是个线性度量因此工程应变度量是个线性度量. 材料限制为小转动材料限制为小转动, 因为中等程度的刚体转动将因为中等程度的刚体转动将导致非零应变导致非零应变. ANSYS 将其用于小位移分析将其用于小位移分析.0llBasic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities

13、11.0Training Manual工程应力工程应力 (s s), 是工程应变是工程应变 () ) 的共轭应力度量的共轭应力度量. 在它的计算中在它的计算中, 用当前力用当前力 F 和初始面积和初始面积 A0 .0AFsBasic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual 在支持大挠度但不支持大应变的单元的大位移分在支持大挠度但不支持大应变的单元的大位移分析中析中, 程序用一种程序用一种 共转共转方法

14、方法, 该方法从总位移中该方法从总位移中分离出刚体转动分离出刚体转动. 这样就排除了由于大转动而引起的非零应变这样就排除了由于大转动而引起的非零应变, 只剩下小只剩下小应变变形分量应变变形分量. 因此因此, 大挠度大挠度、小应变分析也采用工程应变小应变分析也采用工程应变 ( ) 和工程和工程应力应力 (s s) .Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual对数应变对数应变 是一种大应变度量是一

15、种大应变度量, 按下式计算按下式计算: 该度量是一种非线性应变度量该度量是一种非线性应变度量, 因为它是未知的因为它是未知的最终长度最终长度l 的非线性函数的非线性函数. 也被称为也被称为 log 应变应变. Log 应变的三维等效是应变的三维等效是 Hencky 应变应变. ANSYS 将其用于大位移分析中支持大应变的大将其用于大位移分析中支持大应变的大多数单元多数单元.0llLnldlllloBasic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearit

16、ies 11.0Training Manual真实应力真实应力 (t t) 是对数应变是对数应变 ( l ) 的共轭一维应力度的共轭一维应力度量量, 用力用力 F 除以当前除以当前 (或变形的或变形的) 面积面积 A 来计算来计算: 该度量一般也被称为该度量一般也被称为 Cauchy 应力应力.AFtBasic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual Green-Lagrange应变应变 是另外一种大

17、应变度量是另外一种大应变度量, 在在一维中按下式计算一维中按下式计算: 因为该度量依赖于未知的更新的长度因为该度量依赖于未知的更新的长度 l 的平方的平方, 所以是非线性的所以是非线性的. 相对于相对于 Log 或或 Hencky 应变应变, 该应变度量的计算该应变度量的计算优势是优势是, 在大应变问题中在大应变问题中, 它自动容纳任何大转它自动容纳任何大转动动. ANSYS 将它用于大位移分析中支持大应变的一将它用于大位移分析中支持大应变的一些单元些单元.2020221lllGBasic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonli

18、nearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual Green-Lagrange 应变应变 ( G ) 的共轭应力度量是的共轭应力度量是第第二二 Piola-Kirchoff (S). 在一维中可按下式计算在一维中可按下式计算: 应该注意该应力几乎没有物理意义应该注意该应力几乎没有物理意义. 为了输出为了输出, ANSYS 总是将其转化为总是将其转化为 Hencky 或真实应力或真实应力 (t t) 输出输出.00AFllS Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Str

19、uctural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training ManualANSYS 使用哪一种应变和应力度量使用哪一种应变和应力度量? 为了能够正确地输入数据和解释结果为了能够正确地输入数据和解释结果, 必须知道必须知道 ANSYS 程序用哪一种度量输入和输出程序用哪一种度量输入和输出. 对给定的单元类型和分析选项对给定的单元类型和分析选项 (大或小位移大或小位移), 程序选择程序选择应变度量的种类应变度量的种类. 除了可以选择单元类型和分析选项除了可以选择单元类型和分析选项, 不能控制程序采用不能控制程序采用

20、哪一种应变度量哪一种应变度量.Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual 一般地一般地: ANSYS 将工程应力和工程应变用于小位移分析或仅支持大挠度单将工程应力和工程应变用于小位移分析或仅支持大挠度单元的大位移分析元的大位移分析. ANSYS 将对数应变和真实应力用于支持大应变的大多数单元的大将对数应变和真实应力用于支持大应变的大多数单元的大挠度挠度. Mooney-Rivlin 超弹性例外

21、超弹性例外, 见下表所示见下表所示.Analysis TypeSmall Displacement Large Displacement Large Displacement Large Displacement Large DisplacementElementsAllLarge DeflectionLarge StrainMooney-Rivlin hyper Blatz-Ko hyperInputStrainEngineering ()Engineering ()Log (l)*MOONEY uses EX & NUXY (based on )StressEngineering

22、(s)Engineering (s)True (t)*MOONEY uses sEX & NUXY (based on s)SolutionStrainEngineering ()Engineering ()Log (l)Log (l)Green-Lagrange (G)StressEngineering (s)Engineering (s)True (t)True (t)2nd Piola-Kirchoff (S)OutputStrainEngineering ()Engineering ()Log (l)Log (l)Log (l)StressEngineering (s)Engi

23、neering (s)True (t)True (t)True (t)Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual 可能必须将数据从一种度量可能必须将数据从一种度量转换转换为另一种为另一种. 输入数据要用正确的度量输入数据要用正确的度量. 用一致的度量将用一致的度量将 ANSYS 结果与已知的响应数据比较结果与已知的响应数据比较. 对于对于单轴单轴应力应力-应变数据应变数据, 工程应力工程应力-

24、工程应变可以工程应变可以通过以下公式转换为真实应力通过以下公式转换为真实应力-对数应变对数应变: l = ln (1 + )t t = s s (1 + ) 注意这种应力转换假设材料经历的大应变是不可压缩注意这种应力转换假设材料经历的大应变是不可压缩或几乎不可压缩的或几乎不可压缩的. 该假设对大塑性应变或超弹材料有该假设对大塑性应变或超弹材料有效效.Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual

25、用相反关系从真实转换为工程用相反关系从真实转换为工程: 从工程应变转换为从工程应变转换为 Green-Lagrange: 相反关系是相反关系是:25 . 0GG211ts11leBasic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual请参考请参考附加练习附加练习 : W9. 几何非线性基础几何非线性基础 - 应变度量学习应变度量学习Basic Structural Nonlinearities 11.0Ba

26、sic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual大应变大应变 : 当材料中的应变变当材料中的应变变“大大”时时(比如多于百分之几比如多于百分之几), 由于变形引起的几何形状改变不能再忽略了由于变形引起的几何形状改变不能再忽略了. “大大” 是与问题相关的是与问题相关的. 大应变分析不再假设应变是无穷小大应变分析不再假设应变是无穷小, 而是有限的而是有限的或大的或大的. 大应变理论考虑了形状改变大应变理论考虑了形状改变 (如厚度如厚度, 面积等面积等) 和和任意大转动任意大转

27、动. 也固有地考虑了应力刚化效应也固有地考虑了应力刚化效应.大应变行为包括所有与几何非线性有大应变行为包括所有与几何非线性有关的三种现象关的三种现象. 大应变大应变大转动大转动应力刚化应力刚化Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual大挠度大挠度: 当一个单元的转动变当一个单元的转动变“大大”时时 (比如大于比如大于1 到到2 度度), 单元的局部刚度转换为全局分量时将发生显单元的局部刚度转换

28、为全局分量时将发生显著的改变著的改变. “大大” 是与问题相关的是与问题相关的. 在在ANSYS中中, 术语术语大挠度大挠度 和和大转动大转动 可以相互交换使可以相互交换使用用. 大挠度理论考虑了大转动大挠度理论考虑了大转动, 但是它假设应变是小但是它假设应变是小应变应变. 还固有地考虑了应力刚化效应还固有地考虑了应力刚化效应.大挠度理论是大应变理论的子集大挠度理论是大应变理论的子集. 大应变大应变大转动大转动应力刚化应力刚化Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structu

29、ral Nonlinearities 11.0Training Manual应力刚化应力刚化: 一个零件中的应力状态会影响到该零件的刚度一个零件中的应力状态会影响到该零件的刚度. 随着张力的增大随着张力的增大, 电缆的横向刚度增加电缆的横向刚度增加. 随着压缩量的增大随着压缩量的增大, 柱体横向刚度下降柱体横向刚度下降 (最终导致完全最终导致完全丧失刚度丧失刚度 如如, 屈曲屈曲). 当应力刚化被激活时当应力刚化被激活时, 程序计算程序计算应力刚度矩阵应力刚度矩阵, 并将它添加到原始刚度矩阵去包含此效应并将它添加到原始刚度矩阵去包含此效应. 应力刚度矩阵仅仅是应力和几何的函数应力刚度矩阵仅仅是

30、应力和几何的函数. 应力刚度矩阵使切向刚度矩阵更加一致应力刚度矩阵使切向刚度矩阵更加一致 (一般会改善收一般会改善收敛敛).大应变大应变大转动大转动应力刚化应力刚化Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual 因此因此, 在大位移分析中在大位移分析中, 一个单元可用的一个单元可用的特殊特征特殊特征决定其行为决定其行为: 大应变大应变单元考虑形状改变和大转动单元考虑形状改变和大转动, 并固有地包含

31、应并固有地包含应力刚化效应力刚化效应. 在这样的单元中在这样的单元中, 不能将大应变效应和大转动效应分开不能将大应变效应和大转动效应分开. 大挠度大挠度单元考虑大转动单元考虑大转动, 并固有地包含应力刚化效应并固有地包含应力刚化效应. 许多过去的杆、梁和壳单元有大挠度能力许多过去的杆、梁和壳单元有大挠度能力, 但是没有大应变但是没有大应变( BEAM4, SHELL63 等等). 将将 应力刚化应力刚化 作为特殊特征列出的单元作为特殊特征列出的单元, 缺省时在刚度缺省时在刚度矩阵中包括应力刚化项矩阵中包括应力刚化项. 这一般有助于改善收敛速度这一般有助于改善收敛速度.Basic Structu

32、ral Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual 程序几乎可以用任何形式的刚度矩阵程序几乎可以用任何形式的刚度矩阵, 收敛时仍收敛时仍然会获得精确解然会获得精确解. 初始刚度初始刚度 割线刚度割线刚度 切向刚度切向刚度FuFuFu精度由收敛容差决定精度由收敛容差决定, 而而不是不是 K 的形式的形式.Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlineari

33、ties 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual 尽管精度不受刚度矩阵形式的影响尽管精度不受刚度矩阵形式的影响, 但却严重影但却严重影响收敛速度响收敛速度.完全一致切向刚度矩阵完全一致切向刚度矩阵 通常收敛速度最快通常收敛速度最快. 完全一致切向刚度矩阵完全一致切向刚度矩阵 Kenl 由四个分量组成由四个分量组成:Kenl = Keinc + Kes s + Keu + Kea Keinc 为主切向矩阵为主切向矩阵. Kes s 为应力为应力- 刚化矩阵刚化矩阵. Keu 为初始位移为初始位移- 转动矩阵转动矩阵, 它包括

34、在刚度关系中改变几何形状它包括在刚度关系中改变几何形状的效应的效应. Kea 为压力载荷刚度矩阵为压力载荷刚度矩阵, 它包括在刚度关系中改变压力载荷它包括在刚度关系中改变压力载荷取向的效应取向的效应.Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual对于大多数单元的大位移分析对于大多数单元的大位移分析, 缺省时自动包括前三缺省时自动包括前三个分量个分量.用求解控制去控制怎样包括第四个分量用求解控制去控

35、制怎样包括第四个分量 (压力载荷刚压力载荷刚度度) : 缺省缺省 (“程序选择程序选择”) 包括单元包括单元SURF153, SURF154, SHELL181, PLANE182, PLANE183, SOLID185, SOLID186, SOLID187, BEAM188和和BEAM189的压力载的压力载荷刚度荷刚度. 仅仅当遇到收敛困难问题时采用非缺省设置仅仅当遇到收敛困难问题时采用非缺省设置.对不直接支持压力载荷刚度的单元对不直接支持压力载荷刚度的单元, 可以通过在施加可以通过在施加压力的表面上用压力的表面上用 SURF154 包括该运算包括该运算.Basic Structural

36、Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual 本章的剩余部分将描述在建立、运行和后处理大本章的剩余部分将描述在建立、运行和后处理大位移模型时经常有用的各种过程技巧位移模型时经常有用的各种过程技巧. 首先研究建模的一些技巧首先研究建模的一些技巧. 单元选择单元选择. 网格划分网格划分. 耦合和约束方程耦合和约束方程.Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonli

37、nearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual用适当的单元类型用适当的单元类型. 并非所有的单元都支持几何非线性并非所有的单元都支持几何非线性! 一些单元没有几何非线性能力一些单元没有几何非线性能力. 例如例如 CONTAC52 和和 PRETS179. 其他一些单元只有有限的几何非线性能力其他一些单元只有有限的几何非线性能力. 例如例如 VISCO88 不支持大应变或大转动不支持大应变或大转动, SHELL63 不支持大应不支持大应变变. 必须对计划采用的每一种单元类型检查单元描述必须对计划采用的每一种单元类

38、型检查单元描述中的特殊特征列表中的特殊特征列表.Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual 用适当的单元类型用适当的单元类型: 另外另外, 对于经历塑性、蠕变或超弹性的模型对于经历塑性、蠕变或超弹性的模型, 大大应变处的材料变为几乎不可压缩应变处的材料变为几乎不可压缩. 由于剪切锁定或体积锁定由于剪切锁定或体积锁定, 不可压缩性会导致不可压缩性会导致收敛困难收敛困难. 可以通过仔细地选择单元类

39、型和单元选项克服可以通过仔细地选择单元类型和单元选项克服这些困难这些困难. 高级结构非线性高级结构非线性培训教程中包括此问题的细节培训教程中包括此问题的细节.Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual预见网格扭曲预见网格扭曲. ANSYS 形状检查在形状检查在第一次第一次 迭代之前迭代之前, 检查网格检查网格的质量的质量. 在大应变分析中在大应变分析中, 在第一次迭代在第一次迭代之后之后, 网

40、格会变网格会变得严重扭曲得严重扭曲. 在在每一次每一次 迭代中迭代中, 不希望有不良的单元形状不希望有不良的单元形状. 通过修改原始网格通过修改原始网格, 防止出现不良形状防止出现不良形状.Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual 预见网格扭曲预见网格扭曲: 例如例如, 可以预见拉伸试件的颈缩区以后会扭曲可以预见拉伸试件的颈缩区以后会扭曲, 将初始网格在颈缩区细化将初始网格在颈缩区细化. 变

41、形后的网格要保持合理的高宽比变形后的网格要保持合理的高宽比.Deformed mesh atneck-down regionInitial mesh atneck-down regionBasic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual 预见网格扭曲预见网格扭曲: 用两个三角形单元代替四边形单元以防止出现用两个三角形单元代替四边形单元以防止出现 180顶角顶角.未变形的网格未变形的网格变形后的网格变形

42、后的网格 出现大内角出现大内角.作为三角形作为三角形, 角单元保角单元保持较好的形状持较好的形状.Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual用足够的网格密度用足够的网格密度. 当然当然, 要防止网格离散化错误要防止网格离散化错误, 必须有足够的网必须有足够的网格密度格密度. (单元等值线图不连续就是明显的证据单元等值线图不连续就是明显的证据.) 另外另外, 要捕捉弯曲响应要捕捉弯曲响应, 壳和

43、梁单元网格必须足壳和梁单元网格必须足够多够多. 不应有超过不应有超过 30弯曲的单元弯曲的单元.30 最大最大.Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual 节点坐标系节点坐标系不不 因为考虑大转动而修正因为考虑大转动而修正. 耦合和耦合和约束方程总是作用在原始方向约束方程总是作用在原始方向. 例如例如, 在线性分析中在线性分析中, 销接头经常用耦合建模销接头经常用耦合建模. 然而然而在大变形分

44、析中在大变形分析中, 转动方向的轴需要修正转动方向的轴需要修正.非线性分析中用非线性非线性分析中用非线性 COMBIN7 单元单元代替耦合模拟三维销接头代替耦合模拟三维销接头.在大位移分析中一般要避免耦合和约束方程在大位移分析中一般要避免耦合和约束方程Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual 一般要避免耦合和约束方程一般要避免耦合和约束方程: 连接转动和位移自由度的约束方程基于连接转动和位移

45、自由度的约束方程基于线性线性、小挠度小挠度 理论理论. 在节点在节点2 的的 ROTZ、节点节点1的的 UY 和节点和节点3的的 UY 之间之间, 传递运动的约束方程如下传递运动的约束方程如下:0 = UY3 - UY1 - 10*ROTZ2 显然显然, 此等式仅对小转动有效此等式仅对小转动有效.Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual 一般要避免耦合和约束方程一般要避免耦合和约束方程: 然

46、而然而, 要认识到要认识到, 在有些情况下在有些情况下, 耦合或约束方耦合或约束方程在非线性分析中有效程在非线性分析中有效. 例如例如: 可以在刚体边界将约束的自由度耦合起来可以在刚体边界将约束的自由度耦合起来. 可以用耦合模拟二维销接头可以用耦合模拟二维销接头. 约束方程对大应变、小转动响应有效约束方程对大应变、小转动响应有效.但是但是 在用耦合或约束方程在用耦合或约束方程之前请仔细地想一想之前请仔细地想一想!Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Non

47、linearities 11.0Training Manual 下面学习求解的一些技巧下面学习求解的一些技巧. 什么时候用大位移什么时候用大位移. 载荷与边界条件载荷与边界条件. 求解步长与收敛求解步长与收敛.Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual何时应选择大位移何时应选择大位移? 大位移效应可以改善求解精度大位移效应可以改善求解精度, 但需要花费时间去运行一但需要花费时间去运行一个迭代的

48、非线性求解个迭代的非线性求解. 如果可以如果可以 100% 地确定大位移效应不重要地确定大位移效应不重要, 那么选择小位移分析那么选择小位移分析以使求解效率最快以使求解效率最快. 然而然而, 由第一个练习已经知道由第一个练习已经知道, 大位移效应非常重要大位移效应非常重要! 如果对此有任何疑问如果对此有任何疑问, 则始终用大位移则始终用大位移. 如果模型中有其他非线性如果模型中有其他非线性, 无论如何无论如何, 它们都将需要迭代求解它们都将需要迭代求解. 在在这种情况下这种情况下, 大位移所额外增加的费用是最小的大位移所额外增加的费用是最小的.有疑问时有疑问时, 始终用大位移始终用大位移 !B

49、asic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual加载和边界条件加载和边界条件. 考虑当结构经历大挠度时考虑当结构经历大挠度时, 载荷会发生什么变化载荷会发生什么变化: 在许多情况下在许多情况下, 载荷的方向将保持不变载荷的方向将保持不变. 在其他情况下在其他情况下, 当单元经历大转动时载荷方向当单元经历大转动时载荷方向“跟随跟随”单元而改变单元而改变. ANSYS 可以根据所施加载荷的类型模拟这两种可

50、以根据所施加载荷的类型模拟这两种情况情况. 另外另外, 在大应变分析中在大应变分析中, 压力施加于更新的面压力施加于更新的面. 因因此此, 由压力产生的总载荷将随压力面的伸长或缩由压力产生的总载荷将随压力面的伸长或缩短而变化短而变化.Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual 载荷和边界条件载荷和边界条件:载荷载荷偏转前的方向偏转前的方向偏转后的方向偏转后的方向加速度加速度 (方向不变方向不变

51、)节点力节点力 (方向不变方向不变)单元压力单元压力 (随动力随动力; 总是垂直于表面总是垂直于表面)Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual 载荷和边界条件载荷和边界条件: 确保指定正确的边界条件确保指定正确的边界条件. 避免在边界过约束变形体避免在边界过约束变形体: 在大应变分析中在大应变分析中, 一般要避免单点约束和单点力一般要避免单点约束和单点力: FFFFBasic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11