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ANSYS 非线性分析指南 (2) - 基本过程 (续)  

2010-10-04 07:18:55|  分类: ANSYS 非线性 |  标签: |举报 |字号 订阅

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    ANSYS 非线性分析指南


    非线性分析步骤综述
    尽管非线性分析比线性分析变得更加复杂,但处理基本相同,只是在非线性分析的适当过程中添加了需要的非线性特性。

    如何进行非线性静态分析
    非线性静态分析是静态分析的一种特殊形式,如同任何静态分析,处理流程主要由三个主要步骤组成:
    1.  建模
    2.  加载且得到解
    3.  考察结果


    步骤 1 建模
    这一步对线性和非线性分析都是必需的,尽管非线性分析在这一步中可能包括特殊的单元或非线性材料性质。如果模型中包含大应变效应,应力 - 应变数据必须依据真实应力和真实或对数应变表示。
    步骤 2 加载且得到解
    在这一步中,你定义分析类型和选项、指定载荷步选项、开始有限无求解。既然非线性求解经常要求多个载荷增量且总是需要平衡迭代,它不同于线性求解处理过程如下:
    (1)  进入 ANSYS 求解器
        命令:/Solution
        GUI:Main Menu>Solution
    (2)  定义分析类型及分析选项

        分析类型和分析选项,在第一个载荷步后 (也就是在你发出第一个 SOLVL 命令之后) 不能被改变。ANSYS 提供这些选项用于静态分析。

                    ANSYS 非线性分析指南 (2) - 基本过程 - htbbzzg - htbbzzg的博客

    这些选项中的每一个都将在下面详细地解释
    选项:新的分析 (ANTYPE)。
        一般情况下会使用 New Analysis (新的分析)。

    选项:分析类型静态 (ANTYPE)
        选择 Static (静态)
    选项:大变形或大应变选项 (GEOM)
        并不是所有的非线性分析都将产生大变形,参看 "使用几何非线性" 对大变型的进一步讨论。
    选项: 应力刚化效应 (SSTIF)
        如果存在应力刚化效应,选择ON。
    选项:牛顿拉普森选项 (NROPT)
        仅在非线性分析中使用这个选项。这个选项指定在求解期间每隔多久修改一次正切矩阵,你可以指定这些值中的一个。

          - 程序选择 (NROPTANTO):程序基于你模型中存在的非线性种类选择用这些选项中的一个。在需要时牛顿拉普森方法将自动激活自适应下降。
          - 完全 (NROPT,FNLL) :程序使用完全的牛顿 - 拉普森处理方法。在这种处理方法中,每进行一次平衡迭代修改刚度矩阵一次。如果自适应下降是关闭的,程序每一次平衡迭代都使用正切刚度矩阵。我们一般不建议关闭自适应下降,但是你或许发现这样做可能更有效;如果自适应下降是打开的,缺省只要迭代保持稳定,也就是只要残余项减小且没有负主对角线出现,程序将仅使用正切刚度阵;如果在一次迭代中探测到发散倾向,程序抛弃发散的迭代且重新开始求解,应用正切和正割刚度矩阵的加权组合。当迭代回到收敛模式时,程序将重新开始使用正切刚度矩阵。对复杂的非线性问题,自适应下降通常将提高程序获得收敛的能力。
          - 修正的 (NROPT,MODI): 程序使用修正的牛顿 - 拉普森方法。在这种方法中,正切刚度矩阵在每一子步中都被修正;在一个子步的平衡迭代期间,矩阵不被改变。这个选项不适用于大变形分析,自适应下降是不可用的。
          - 初始刚度 (NROPT,INIT):程序在每一次平衡迭代中都使用初始刚度矩阵。这一选项比完全选项似乎较不易发散,但它经常要求更多次的迭代来得到收敛。它不适用于大变形分析,自适应下降是不可用的。


    选项:方程求解器
        对于非线性分析使用前面的求解器 (缺省选项)。


    3  在模型上加载,记住在大变型分析中惯性力和点载荷将保持恒定的方向,但表面力将跟随结构而变化。
    4  指定载荷步选项:这些选项可以在任何载荷步中改变,下列选项对非线性静态分析是可用的。

    普通选项
    普通选项包括下列内容:
      -  Time(TIME)
        ANSYS 程序借助在每一个载荷步末端给定的 TIME 参数识别出载荷步和子步。使用 TIME 命令来定义受某些实际物理量 (如先后时间、所施加的压力等等) 限制的 TIME 值,程序通过这个选项来指定载荷步的末端时间。
        注意 - 在没有指定 TIME 值时,程序将依据缺省自动地对每一个载荷步按 1.0  增加 TIME,在第一个载荷步的末端以 TIME=1.0 开始。


      -  时间步的数目 NSUBST
      -  时间步长 DELTIM
    非线性分析要求在每一个载荷步内有多个子步 (或时间步,这两个术语是等效的),从而 ANSYS 可以逐渐施加所给定的载荷得到精确的解。NSUBST 和 DELTIM 命令都获得同样的效果 (给定载荷步的起始、最小及最大步长)。NSNBST 定义在一个载荷步内将被使用的子步的数目,而 DELTIM 明确地定义时间步长。如果自动时间步长是关闭的,那么起始子步长用于整个载荷步,缺省时是每个载荷步有一个子步。
      - 渐进式或阶跃式的加载
    在与应变率无关的材料行为的非线性静态分析中,通常不需要指定这个选项。因为依据缺省,载荷将为渐进式的阶跃式的载荷 (KBC1)。除了在率 - 相关材料行为情状下,蠕变或粘塑性在静态分析中通常没有意义。

      -  自动时间分步 (AUTOTS)
    这一选项允许程序确定子步间载荷增量的大小和决定在求解期间是增加还是减小时间步子步长,缺省时是 OFF - 关闭。
    你可以用 AUTOTS 命令打开自动时间步长和二分法。通过激活自动时间步长可以让程序决定在每一个载荷步内使用多少个时间步。在一个时间步的求解完成后下一个时间步长的大小基于四种因素预计:
      -  在最近过去的时间步中使用的平衡迭代的数目,更多次的迭代成为时间步长减小的原因。
      -  对非线性单元状态改变预测,当状态改变临近时减小时间步长。

      -  塑性应变增加的大小。
      -  蠕变增加的大小。


    非线性选项
    程序将连续进行平衡迭代直到满足收敛准则,或者直到达到允许的平衡迭代的最大数 (NEQIT)。我们可以用缺省的收敛准则,也可以自己定义收敛准则。

      - 收敛准则:CNVTOL

    缺省的收敛准则
   
依据缺省,程序将以 VALUE*TOLER 的值对力 (或者力矩) 进行收敛检查。VALUE 的缺省值是在所加载荷 (或所加位移、Netwton-Raphson 回复力) 的 SRSS 和 MINREF (其缺省为1.0) 中取值较大者 (TOLER的缺省值是0.001)。
    你应当几乎总是使用力收敛检查。可以添加位移或者转动收敛检查。对于位移,程序将收敛检查建立在当前 (i) 和前面 (i─1) 次迭代之间的位移改变上。
    注意 - 如果你明确地定义了任何收敛准则,CNVTOL 缺省准则将失效。因此,如果你定义了位移收敛检查,你将不得不再定义力收敛检查 (使用多个 CNVTOL 命令来定义多个收敛准则)。


    用户收敛准则
    你可以定义用户收敛准则替代缺省的值.
    使用严格的收敛准则将提高你的结果的精度,但以更多次的平衡迭代为代价。如果你想严格 (加放松) 你的准则,你应当改变 TOLER 两个数量级。一般地你应当继续使用 VALUE 的缺省值,也就是通过调整 TOLER 而不是 VALUL  来改变收敛准则。你应当确保 MINREF=1.0 的缺省值在你的分析范围内有意义。


    在单一和多DOF系统中检查收敛
    要在单自由度 (DOF) 系统中检查收敛,你对这一个 DOF 计算出不平衡力,然后对照给定的收敛准则 (VALUE*TOLER) 参看这个值 (同样也可以对的单一DOF的位移 (和旋度) 收敛进行类似的检查。) 然而在多 DOF 系统中你也许想使用不同的比较方法。
    ANSYS程序提供三种不同的矢量规范用于收敛核查。

      -  无限规范:在你模型中的每一个 DOF 处重复单 DOF 核查;
      -  LI 规范将收敛准则同所有 DOFS 的不平衡力 (力矩) 的绝对值的总和相对照;
      -  L2 规范使用所有 DOFS 不平衡力 (或力矩) 的平方总和的平方根进行收敛检查。

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