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ANSYS 非线性分析指南 - 几何非线性  

2010-10-14 07:54:14|  分类: ANSYS 非线性 |  标签: |举报 |字号 订阅

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原来的同名日志被告知有敏感词,百思不得的是:纯技术性文章怎么会有敏感词,询问客服也没有回音,不得已,另写一篇。

几何非线性
大应变,大位移与大旋转特性

  什么是几何非线性?
?   - 变形体几何形态的改变将明显影响物体的载荷-位移(如刚度)特性。
?
?   - 几何非线性并不只是指大位移,而且还包括几何状态改变所引起的任何结构响应的变化。它包括大应变、大位移和大旋转。
   - 如果一个单元的形状发生改变(面积、厚度等),它本身的单元矩阵会发生改变。
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   - 如果一个单元的取向改变,它的单元刚度向整体刚度的转换矩阵将发生变化。
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   - 如果单元应变产生了明显的面内应力 (膜应力),垂直于面的刚度会明显受影响。
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   - 随着垂直位移的增加 (Y),大的膜应力(SX)导致刚化响应。

  几何非线性的例子
  例一:一个大应变分析的例子 - 一个轴对称的橡胶密封件受压缩。分析包括接触,当密封件折叠时会发生自身接触。
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  例二:此例显示了绕轴线捆扎一根钢条。将金属弯曲成不同的形状是生产中常见的操作。在此例中,应变达到25%顶端旋转接近270 度!
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  什么是大应变
?   - 大应变分析设定应变不再是无限小的,而是有限的或相当大的。
?
?   - 当应变超过一定百分比及不能忽视几何形状的改变时,可认为是大应变。
?
?   - 大应变理论考虑了形状的改变(例如厚度,面积等等)及任何大旋转。

  何时激活大弯曲效应?
?   - 当单元旋转 ” 到明显影响求解精度时,需激活大挠度效应。
?   - 遗憾的是,没有明确的规定 ” 到底有多大。” 与 ” 之间根据问题的不同相差非常大。

?  对支持大应变和 / 或大变形的单元激活此功能
    Solution > Analysis Option ...
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  NLGEOM,ON 激活了支持大应变功能单元的此选项。如果使用的单元只支持大挠度 NLGEOM 将激活大挠度求解。参照 ANSYS 单元手册。
   - 激活求解控制时,打开非线性几何(NLGEOM ON)将在非线性刚度矩阵中缺省包含应力刚化项(在非线性刚度矩阵 [Knl中包含 [Ks])。作为一个选项,你可对于一些旧单元选择在形成非线性刚度矩阵时不包含 [Ks]
        Solution > Analysis Options ...
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  注意:此命令对单元 106, 107, 108, 181, 182, 185, 188 和 189无作用!
 
  求解选项:
?   - 推荐使用求解控制(缺省)。
?
?   - 推荐的Newton-Raphson 选项是不带自适应下降的全 Newton-Raphson 选项(求解控制的缺省设置)。
?   - 推荐使用自动时间步(求解控制的缺省设置)。确定对自动时间步设置足够小的最小时间步。
?
?   - 线性搜索选项(LNSRCH)对收敛振荡问题有所帮助。

  注意事项:
?   - 注意载荷方向。
?   - 在大应变分析中预测网格扭曲,划分适当网格。参考预测网格扭曲的指南。
?   - 避免过分约束边界处的变形。
?   - 避免使用带中间节点的单元。
?   - 使用适当的单元类型和积分准则以解决网格自锁问题。 (在单元选择一章中有相关的更详细信息。)
?   - 时间步大小应控制在每子步中的最大旋转度数小于 或 10 度。
?   - 对大旋转分析不要使用预测。
?   - 梁单元和壳单元使用足够的网格密度;没有一个单元可承受超过 30 度的弯曲度。
?   - 如果自动时间步重复进行二分,这可能是由于结构不稳定。绘制载荷位移响应曲线。

  载荷方向:
  当结构经历大位移与旋转时,载荷发生了什么变化。
?   - 在许多情况下,载荷将在变形过程中保持一致的方向。
?
?   - 在另一些情况下,承受大旋转时,力将 跟随单元改变方向。
  这两种情况 ANSYS 都可模拟,取决于施加载荷的类型。
   -  加速度与集中力:
?     保持它们的初始方向,忽略单元取向。
   -  表面压力载荷:
?     随单元旋转,因此总是垂直于变形单元的表面 (这些是真正的追随力)
?     更新压力表面以计算大应变效应。因此,对于施加的常压力,总压力载荷将随表面积的改变而改变。
    见下图:
            ANSYS 非线性分析指南 - 几何非线性 - htbbzzg - htbbzzg的博客
 在大应变分析中预测网格扭曲:
             ANSYS 非线性分析指南 - 几何非线性 - htbbzzg - htbbzzg的博客
    - 在拉伸试缩区,预测到其后可能发生网格扭曲划分初始网格。
             ANSYS 非线性分析指南 - 几何非线性 - htbbzzg - htbbzzg的博客
 
    - 避免过分约束边界处的变形
             ANSYS 非线性分析指南 - 几何非线性 - htbbzzg - htbbzzg的博客
    - 约束边界处的所有自有度,由于 Poisson 效应将产生非常大的应变。
    - 避免使用带中间节点的单元
?    - 在建立大应变、大位移模型时避免使用带中间节点的单元。
?    - 带中间节点的 (即高阶) 单元在更新几何形状时,单元的中间节点可能穿过单元移动,导致产生负的旋转。
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