结构静力分析

ANSYS非线形分析指南 基本过程

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〔KBC，1〕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，但以多更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 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。

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·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。 实例

对于下面例子，如果不平衡力（在每一个DOF处单独检查）小于或等于5000·0.0005（也就是2.5），且如果位移的改变（以平方和的平方根检查）小于或等于10·0.001（也就是0.01），子步将认为是收敛的。

CNVTOL，F，5000，0.005，0 CNVTOL，U，10，0.001，2 ·平衡迭代的最大次数〔NEQIT〕

使用这个选项来对在每一个子步中进行的最大平衡迭代次数实行限制（缺省=25）。如果在这个平衡迭代次数之内不能满足收敛准则，且如果自动步长是打开的〔AUTOTS〕，分析将尝试使用二分法。如果二分法是不可能的，那么，分析将或者终止，或者进行下一个载荷步，依据你在NCNV命令中发出的指示。 ·求解终止选项〔NCNV〕

这个选项处理五种不同的终止准则：

·如果位移“太大”它建立一个用于终止分析和程序执行的准则。 ·它对累积迭代次数设置限制。 ·它对整个时间设置限制。

·它对整个CPU时间设置限制。 ·弧长选项〔ARCLEN〕

如果你预料结构在它的载荷历史内在某些点将变得物理意义上不稳定（也就是， 结构的载荷—位移曲线的斜度将为0或负值），你可以使用弧长方法来帮助稳定数值求解。 激活弧长方法的典型的系列命令显示在这里：

注意──当合适时，你可以和弧长方法一起使用许多其它的分析和载荷步选项。然而，你不应和弧长方法一起使用下列选项：不要使用线搜索〔LNSRCH〕，时间步长预测〔PRED〕，自适应下降〔NROPT，，，ON〕，自动时间步长〔AUTOTS，TIME，DELTIM〕，或打开时间－积分效应（TIMINT）。

· 时间步长预测──纠正选项〔PRED〕

对于每一个子步的第一次平衡迭代你可以激活和DOF求解有关的预测。这个特点加速收敛且如果非线性响应是相对平滑的，它特别的有用。在包含大转动或粘弹 的分析中它并不是非常有用。

· 线搜索选项〔LNSRCH〕

这个选项是对自适应下降的替代。当被激活时，无论何时发现硬化响应。这个收敛提高工具用程序计算出的比例因子（具有0和1之间的值）乘以计算出的位移增量。因为线搜索算法是用来对自适应下降选项〔NROPT〕进行的替代，如果线搜索选项是开，自适应下降不被自动激活。不建议你同时激活线搜索和自适应下降。 当存在强迫位移时，直到迭代中至少有一次具有一个的线搜索值运算才会收敛。ANSYS调节整个DU矢量，包括强迫位移值；否则，除了强迫DOF处一个小

的位移值将随处发生。直到适代中的某一次具有1的线搜索值，ANSYS才施加全 部位移值。

·蠕变准则〔CRPLIM，CRCR〕

如果结构表现出蠕变行为，可以指定蠕变准则用于自动时间步调整。（如果自动时间步长〔AUTOTS〕不是打开的，这个蠕变准则将无效。）程序将对所有单元计算蠕应变增量（在最近时间步中蠕变的变化）对弹性应变的比值。如果最大比值比判据大，程序将减小下一个时间步长；如果小，程序或许增加下一个时间步长。（同样地程序将把自动时间步长建立在平衡迭代次数，即将发生的单元状态改变，以及塑性应变增量的基础上。时间步长将被调整到对应这些项目中的任何一个所计算出的最小值。）如果比值高于0.25的稳定界限，且如果时间增量不能被减小，解可能发散且分析将由于错误信息而终止。这个问题可以通过使最小时间步长足够小避免〔DELTIM，NSUBST）。

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· 激活和杀死选项

在ANSYS/Mechanical和ANSYS/LS－DYNA产品中，你可以去杀死和激活单元来模拟材料的消去和添加。

程序通过用一个非常小的数（它由ESTIF命令设置）乘以它的刚度从总质量矩阵消去它的质量“ 杀死”一个单元。对无活性单元的单元载荷（压力，热通量，热应变，等等）同样地设置为零。你需要在前处理中定义所有可能的单元；你不可能在 SOLUTION中产生新的单元。

要在你的分析的后面阶段中“出生”的那些单元，在第一个载荷步前应当被杀死，然后去在适当的载荷步的开始被重激活，当单元被重激活时，它们具有零 应变状态，且（如果NLGEOM， ON） 它们的几何（开头长度，面积等等） 被修改来与它们的的现偏移位置相适应。

·杀死（EKILL） ·激活（EALIVE）

·改变材料性质参考号〔MPCHG〕

另一种在求解期间影响单元行为的办法是来改变它的材料性质参考号。这个选项允许你在载荷步间改变一个单元的材料性质。

EKILL适用于大多数单元类型。MPCHG适用于所于单元类型。 输出控制选项

输出控制选项包括下列： ·打印输出（OUTPR）

使用这个选项来在输出文件（Jobname.out)中包括进便所想要的结果数据。 ·结果文件输出〔OUTRES〕

这个选项控制结果文件中的数据（Jobname.rst)。

OUTPR和OUTRES用来控制结果被写入这些文件的频率。 ·结果外推〔ERESX〕

这个选项，依据缺省，拷贝一个单元的积分点应力和弹性应变结果到结点而替代外推它们，如果在单元中存在非线性（塑性，蠕变，膨胀）的话。积分点非线性变化总是被拷贝到结点。 注意：对输出行使下列警告：

·恰当使用多个OUTRES或OUTPR命令有时可能有一点小的技巧。

·依据缺省，在非线性分析中只有最后一个子步被写入结果文件。要写入所有子步，设置OUTRES中的FREQ域为ALL。

·依据缺者，只有1000个结果集（子步）可以被写入结果文件。如果超过了这个数目（基于你的OUTRES指定），程序将由于错误而终止。使用命令/CONFIG，NRES来增加这个界限。

5、存储基本数据的备份副本于另一文件。 命令：SAVE

GUI：Utility Menu>File>Save As 6、开始求解计算。 命令：SOLVE

GUI：Main Menn>Solution>-Solve-Current LS

7、如果你需要定义多个载荷步，对每一个其余的载荷步重复步骤3至6。 8、离开SOLUTION处理器 命令：FINISH

GUI：关闭Solution菜单。 步骤3：考察结果

来自非线性静态分析的结果主要由位移，应力，应变，以及反作用力组成。可以用POST1，通用后处理器，或者用POST26，时间历程后处理器，来考察这些结果。

记住，用POST1一次仅可以读取一个子步，且来自那个子步的结果应当已被写入Jobname.rst。（载荷步选项命令OUTRES控制哪一个子步的结果被存储入Jobname.rst。)典型的POST1后处理顺序将在下面描述。

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要记住的要点

·用POST1考察结果，数据库中的模型必须与用于求解计算的模型相同。 ·结果文件（Jobname.rst)必须是可用的。 用POST1考察结果

1、检查你的输出文件（Jobname.out)是否在所有的子步分析都收敛。 ·如果不收敛，你可能不想后处理结果，而是想确定为什么收敛失败。 ·如果你的解收敛，那么继续进行后处理。

2、进入POST1。如果用于求解的模型现在不在数据中，发出RESUME。 命令：POST1

GUI：Main Menu>General Postproc

3、读取需要的载荷步和子步结果，这可以依据载荷步和子步号或者时间来识别然而，不能依据时间识别出弧长结果。 命令：SET

GUI：Main Menn>General Postproc>Read Results-Load step

同样地你可以使用SUBSET或者APPEND命令来只对选出的部分模型读取或者合并结果数据。这些命令中的任何一个中的LIST参数列出结果文件中可用的解。你同样地可以通过INRES命令限制从结果文件到基本数据被写的数据总量。另外可以用ETABLL命令对选出的单元存进行后处理。

注意：如果你指定了一个没有结果可用的Time值，ANSYS程序将进行线性内插来计算出那Time处的结果。认识到在非线分析中这种线性内插通常将导致某些精度损失（参看图1─9）。因此，对于非线性分析，通常你应当在一个精确地对应于要求子步的TIME处进行后处理。

图1─9非线性果的线性内插可能引起某些误差。

4、使用下列任意选项显示结果 选项；显示已变形的形状 命令：PLDISP

GUI：Main Menu>General Postproc>Plot Results>Deformed Shapes 在大变形分析中，一般优先使用真实比例显示〔IDSCALE，，1〕。 选项：等值线显示

命令：PLNSOL 或者PLESOL GUI：Main Menu>General Postproc>Plot Results>-Contour Plot-Nodal Solu或者 Element Solu 使用这些选项来显示应力，应变，或者任何其它可用项目的等值线。如果邻接的单元具有不同材料行为（可能由于塑性或 多线性弹性的材料性质，由于不同的材料类型，或者由于邻

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