有限元静力分析PPT课件.ppt
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1结构静力分析结构静力分析 2I. 结构分析结构分析概述概述 3一、结构分析结构分析的定义的定义 4 结构分析的定义结构分析的定义结结构构分分析析是是有有限限元元分分析析方方法法最最常常用用的的一一个个应应用用领领域域结结构构这这个个术术语语是是一一个个广广义义的的概概念念，，它它包包括括土土木木工工程程结结构构，，如如桥桥梁梁和和建建筑筑物物；；汽汽车车结结构构，，如如车车身身骨骨架架；；海海洋洋结结构构，，如如船船舶舶结结构构；；航航空空结结构构，，如如飞飞机机机机身身等等；；同时还包括同时还包括机械零部件机械零部件，如活塞，传动轴等等如活塞，传动轴等等 在在ANSYS产产品品家家族族中中有有七七种种结结构构分分析析的的类类型型结结构构分分析析中中计计算算得得出出的的基基本本未未知知量量（（节节点点自自由由度度））是是位位移移，，其其他他的的一一些些未未知知量量，，如如应应变变，，应应力力，，和和反反力力可可通过节点位移导出通过节点位移导出Definition 5二、结构分析结构分析的类型的类型 6结构分析结构分析类型类型静静力力分分析析---用用于于求求解解静静力力载载荷荷作作用用下下结结构构的的位位移移和和应应力力等等。
静静力力分分析析包包括括线线性性和和非非线线性性分分析析而而非非线线性性分分析析涉涉及及塑塑性性，，应应力力刚刚化化，，大大变变形，大应变，超弹性，接触面和蠕变形，大应变，超弹性，接触面和蠕变模态分析模态分析---用于计算结构的固有频率和模态用于计算结构的固有频率和模态谐波分析谐波分析---用于确定结构在随时间正弦变化的载荷作用下的响应用于确定结构在随时间正弦变化的载荷作用下的响应瞬瞬态态动动力力分分析析---用用于于计计算算结结构构在在随随时时间间任任意意变变化化的的载载荷荷作作用用下下的的响响应应，，并且可计及上述提到的静力分析中所有的非线性性质并且可计及上述提到的静力分析中所有的非线性性质谱谱分分析析---是是模模态态分分析析的的应应用用拓拓广广，，用用于于计计算算由由于于响响应应谱谱或或PSD输输入入（随机振动）引起的应力和应变随机振动）引起的应力和应变曲曲屈屈分分析析---用用于于计计算算曲曲屈屈载载荷荷和和确确定定曲曲屈屈模模态态ANSYS可可进进行行线线性性（特征值）和非线性曲屈分析特征值）和非线性曲屈分析显显式式动动力力分分析析---ANSYS/LS-DYNA可可用用于于计计算算高高度度非非线线性性动动力力学学和和复复杂的接触问题。
杂的接触问题Guidelines 7结构分析结构分析类型（续）类型（续） 此外，前面提到的七种分析类型还有如下特殊的应用：此外，前面提到的七种分析类型还有如下特殊的应用： 断裂力学 复合材料 疲劳分析 p-Method 结结构构分分析析所所用用的的单单元元：：绝绝大大多多数数的的ANSYS单单元元类类型型可可用用于于结结构构分分析析，，单单元元类类型型从从简简单单的的杆杆单单元元和和梁梁单单元元一一直直到到较较为为复复杂杂的的层层合合壳壳单单元和大应变实体单元元和大应变实体单元 Guidelines 8II. 结构线性静力分析结构线性静力分析 9一、静力静力分析分析的定义的定义 10静力分析的定义静力分析的定义 静静力力分分析析计计算算在在固固定定不不变变的的载载荷荷作作用用下下结结构构的的效效应应，，它它不不考考虑虑惯惯性性和和阻阻尼尼的的影影响响，，如如结结构构受受随随时时间间变变化化载载荷荷的的情情况况可可是是，，静静力力分分析析可可以以计计算算那那些些固固定定不不变变的的惯惯性性载载荷荷对对结结构构的的影影响响（（如如重重力力和和离离心心力力）），，以以及及那那些些可可以以近近似似为为等等价价静静力力作作用用的的随随时时间间变变化化载载荷荷（（如如通通常常在在许许多多建建筑筑规规范范中中所所定定义义的的等等价价静静力力风风载载和和地地震震载载荷）。
荷） Definition 11二、静力静力分析分析中的载荷中的载荷 12静力分析中的载荷静力分析中的载荷 静静力力分分析析用用于于计计算算由由那那些些不不包包括括惯惯性性和和阻阻尼尼效效应应的的载载荷荷作作用用于于结结构构或或部部件件上上引引起起的的位位移移，，应应力力，，应应变变和和力力固固定定不不变变的的载载荷荷和和响响应应是是一一种种假假定定；；即即假假定定载载荷荷和和结结构构的的响响应应随随时时间间的的变变化化非非常常缓缓慢慢静静力力分分析所施加的载荷包括：析所施加的载荷包括： 外部施加的作用力和压力外部施加的作用力和压力 稳态的惯性力（如重力和离心力）稳态的惯性力（如重力和离心力） 位移载荷位移载荷 温度载荷温度载荷 Definition 13三、线性静力线性静力分析分析和非线性静和非线性静力分析力分析 14线性静力分析和非线性静力分析线性静力分析和非线性静力分析 静静力力分分析析既既可可以以是是线线性性的的也也可可以以是是非非线线性性的的非非线线性性静静力力分分析析包包括括所所有有的的非非线线性性类类型型：：大大变变形形，，塑塑性性，，蠕蠕变变，，应应力力刚刚化化，，接接触触（（间间隙隙））单单元元，，超超弹弹性性单单元元等等。
本本节节主主要要讨讨论论线线性性静静力力分分析析，，非非线线性性静静力力分分析析在下一节中介绍在下一节中介绍.Definition 15四、线性静力线性静力分析分析的求解步骤的求解步骤 16线性静力分析的求解步骤线性静力分析的求解步骤 1．建模．建模 2．施加载荷和边界条件，求解．施加载荷和边界条件，求解 3. 结果评价和分析结果评价和分析 17III. 结构非线性静力分析结构非线性静力分析 18一、非线性结构结构的定义的定义 19非线性结构的定义非线性结构的定义在日常生活中在日常生活中,会经常遇到会经常遇到结构非线性结构非线性例例如如，，无无论论何何时时用用钉钉书书针针钉钉书书，，金金属属钉钉书书钉钉将将永永久久地弯曲成一个不同的形状地弯曲成一个不同的形状 (图图1─1(a)) 如如果果你你在在一一个个木木架架上上放放置置重重物物，，随随着着时时间间的的迁迁移移它它将越来越下垂将越来越下垂图图1─1(b))当当在在汽汽车车或或卡卡车车上上装装货货时时，，它它的的轮轮胎胎和和下下面面路路面面间间接触接触将将随随货物重量而变化货物重量而变化 (看图看图1─1)) 。
如如果果将将上上面面例例子子所所载载荷荷变变形形曲曲线线画画出出来来,你你将将发发现现它它们们都都显显示示了了非非线线性性结结构构的的基基本本特特征征--变变化化的的结结构刚性构刚性. Definition 20非线性结构的定义非线性结构的定义（续）图1─1 非线性结构行为的普通例子 21二、非线性行为的原因的原因 22非线性行为的原因引引起起结结构构非非线线性性的的原原因因很很多多，，它它可可以以被被分分成成三三种种主主要要类类型：型： •状态变化状态变化（包括接触）（包括接触） •几何非线性几何非线性 •材料非线性材料非线性Procedure1. .....2. .....3. ..... 23三、非线性分析的重要信息 24状态变化（包括接触） 许许多多普普通通结结构构表表现现出出一一种种与与状状态态相相关关的的非非线线性性行行为为,例例如如，，一一根根只只能能拉拉伸伸的的电电缆缆可可能能是是松松散散的的,也也可可能能是是绷绷紧紧的的轴轴承承套套可可能能是是接接触触的的,也也可可能能是是不不接接触触的的冻冻土土可可能能是是冻冻结结的的,也也可可能能是是融融化化的的这这些些系系统统的的刚刚度度由由于于系系统统状状态态的的改改变变在在不不同同的的值值之之间间突突然然变变化化。
状状态态改改变变也也许许和和载载荷荷直直接接有有关关（（如如在在电电缆缆情情况况中中）），， 也也可可能能由由某某种种外外部部原原因因引引起起（（如如在在冻冻土土中中的的紊紊乱乱热热力力学学条条件件））ANSYS程程序序中中单单元元的激活与杀死选项用来给这种状态的变化建模的激活与杀死选项用来给这种状态的变化建模接接触触是是一一种种很很普普遍遍的的非非线线性性行行为为，，接接触触是是状状态态变变化化非非线线性性类型形类型形中一个特殊而重要的子集中一个特殊而重要的子集 LessonObjectives 25几何非线性 如如果果结结构构经经受受大大变变形形，，它它变变化化的的几几何何形形状状可可能能会会引引起起结结构构的的非非线线性性地地响响应应例例如如一一根根钓钓鱼鱼竿竿，，随随着着垂垂向向载载荷荷的的增增加加，，杆杆不不断断弯弯曲曲以以致致于于动动力力臂臂明明显显地地减减少少，，导导致致杆杆端端显显示示出出在在较较高高载载荷荷下下不不断断增长的刚性增长的刚性 LessonObjectives 26材料非线性 非非线线性性的的应应力力－－应应变变关关系系是是结结构构非非线线性性的的常常见见原原因因。
许许多多因因素素可可以以影影响响材材料料的的应应力力－－应应变变性性质质，，包包括括加加载载历历史史（（如如在在弹弹－－塑塑性性响响应应状状况况下下）），，环环境境状状况况（（如如温温度度）），，加加载载的的时时间间总总量（如在蠕变响应状况下）量（如在蠕变响应状况下） Definition 27逐步递增载荷和平衡迭代 近近似似的的非非线线性性求求解解是是将将载载荷荷分分成成一一系系列列的的载载荷荷增增量量可可以以在在几几个个载载荷荷步步内内或或者者在在一一个个载载步步的的几几个个子子步步内内施施加加载载荷荷增增量量在在每每一一个个增增量量的的求求解解完完成成后后，，继继续续进进行行下下一一个个载载荷荷在在增增量量之之前前，，程程序序调调整整刚刚度度矩矩阵阵来来反反映映结结构构刚刚度度的的非非线线性性变变化化但但遗遗憾憾的的是是，，纯纯粹粹的的增增量量近近似似不不可可避避免免地地产产生生每每一一个个载载荷荷增增量量积积累累误误差差，，导导种种结结果果最最终终失失去去平平衡衡，，如如图图1─3（（a））所所示示所示 ANSYS程程序序通通过过使使用用牛牛顿顿-拉拉普普森森平平衡衡迭迭代代方方法法（（NR法法））克克服服了了上上述述困困难难，，它它迫迫使使解解在在每每个个荷荷载载增增量量的的末末端端达达到到平平衡衡收收敛敛。
图图 1─3（（b））描描述述了了描描述述了了在在单单自自由由度度非非线线性性分分析中牛顿析中牛顿-拉普森平衡迭代的使用拉普森平衡迭代的使用Definition 28逐步递增载荷和平衡迭代(续) (a)纯粹增量式解纯粹增量式解 （（b)全全牛顿－拉普森牛顿－拉普森迭代求解（迭代求解（2个个载荷增量）载荷增量） 图图1─3 纯粹增量近似与纯粹增量近似与牛顿－拉普森牛顿－拉普森近似的关系近似的关系 29逐步逐步递增载荷和平衡迭代（续） 对对某某些些物物理理意意义义上上不不稳稳定定系系统统的的非非线线性性静静态态分分析析，，如如果果你你仅仅仅仅使使用用NR方方法法，，正正切切刚刚度度矩矩阵阵可可能能变变为为降降秩秩短短阵阵，，导导致致严严重重的的收收敛敛问问题题这这样样的的情情况况包包括括独独立立实实体体从从固固定定表表面面分分离离的的静静态态接接触触分分析析，，结结构构或或者者完完全全崩崩溃溃或或 者者“突突然然变变成成”另另一一个个稳稳定定形形状状的的非非线线性性弯弯曲曲问问题题对对这这样样的的情情况况，，你你可可以以激激活活另另外外一一种种迭迭代代方方法法，，弧弧长长方方法法，，来来帮帮助助稳稳定定求求解解。
弧弧长长方方法法导导致致NR平平衡衡迭迭代代沿沿一一段段弧弧收收敛敛，，从从而而即即使使当当正正切切刚刚度度矩矩阵阵的的倾倾斜斜为为零零或或负负值值时时，，也也往往往往阻阻止止发发散散这这种种迭代方法以迭代方法以图形表示在图图形表示在图1─4中 30逐步递增载荷和平衡迭代（续）图图1─4传统的传统的NR方法与弧长方法的比较方法与弧长方法的比较 31非线性求解的组织级别非非线性求解被分成三个操作级别：线性求解被分成三个操作级别：载荷步载荷步、、子步子步、、平衡迭代平衡迭代•“顶顶层层”级级别别由由在在一一定定“时时间间”范范围围内内你你明明确确定定义义的的载载荷荷步步组组成假定载荷在载荷步内是线性地变化的假定载荷在载荷步内是线性地变化的•在在每每一一个个载载荷荷步步内内，，为为了了逐逐步步加加载载可可以以控控制制程程序序来来执执行行多多次次求求解（子步或时间步解（子步或时间步）• 在在每每一一个个子子步步内内，，程程序序将将进进行行一一系系列列的的平平衡衡迭迭代代以以获获得得收收敛敛的的解 图图1─5说明了一段用于非线性分析的典型的载荷历史说明了一段用于非线性分析的典型的载荷历史。
Procedure1. .....2. .....3. ..... 32非线性求解的组织级别（续）图1─5载荷步、子步、及“时间” 33收敛容限收敛容限 当你对平衡迭代确定收敛容限时，要注意这些问题当你对平衡迭代确定收敛容限时，要注意这些问题：：·你你想想基于载荷，基于载荷，变形，还是变形，还是联立二者来联立二者来确定收敛容限？确定收敛容限？·既既然然径径向向偏偏移移（（以以弧弧度度度度量量））比比对对应应的的平平移移小小，，你你是是不不是是想想对对这些不同的条目建立不同的收敛准则？这些不同的条目建立不同的收敛准则？当当你你确确定定收收敛敛准准则则时时，，ANSYS程程序序会会给给你你一一系系列列的的选选择择：：你你可可以以将将收收敛敛检检查查建建立立在在力力，，力力矩矩、、位位移移、、转转动动或或这这些些项项目目的的任任意意组组合合上上 另另外外，，每每一一个个项项目目 可可 以以有有不不同同的的收收敛敛容容限限值值对多自由度问题，你同样也有收敛准则的选择问题对多自由度问题，你同样也有收敛准则的选择问题当当你你确确定定你你的的收收敛敛准准则则时时，，记记住住以以力力为为基基础础的的收收敛敛提提供供了了收收敛敛的的绝绝对对量量度度，，而而以以位位移移为为基基础础的的收收敛敛仅仅提提供供了了表表观观收收敛敛的的相相对对量量度度。
因因此此，，你你应应当当如如果果需需要要总总是是使使用用以以力力为为基基础础（（或或以以力力矩矩为为基基础础的的））收收敛敛容容限限如如果果需需要要可可以以增增加加以以位位移移为为基基础础（（或或以以转动转动为基础的）收敛检查，但是通常不单独使用它们为基础的）收敛检查，但是通常不单独使用它们Procedure1. .....2. .....3. ..... 34收敛容限（续）收敛容限（续） 图图1─6说说明明了了一一种种单单独独使使用用位位移移收收敛敛检检查查导导致致出出错错情情况况在在第第二二次次迭迭代代后后计计算算 出出的的位位移移很很小小可可能能被被认认为为是是收收敛敛的的解解，，尽尽管管问问题题仍仍旧旧远远离离真真正正的的解解要要防防止止这这 样样的的错错误误，，应应当当使使用用力力收收敛敛检检查图图1─6完完全全依依赖赖位位移移收收敛敛检检查查有时可能产生错误的结果有时可能产生错误的结果 35子步子步 当当使使用用多多个个子子步步时时，，你你需需要要考考虑虑精精度度和和代代价价之之间间的的平平衡衡；；更更多多的的子子步步骤骤（（也也就就是是，，小小的的时时间间步步））通通常常导导致致较较好好的的精精度度，，但但以以增增多多的的运运行行时时间间为为代代价价。
ANSYS提提供供两两种种方方法来控制子步数：法来控制子步数：·子步数子步数或时间步长或时间步长我我们们即即可可以以通通过过指指定定实实际际的的子子步步数数也也可可以以通通过指定时间步长控制子步数过指定时间步长控制子步数·自动时间自动时间步长步长ANSYS程程序序，，基基于于结结构构的的特特性性和和系系统统的的响响应应，，来调查时间步长来调查时间步长 36子步数子步数 如如果果你你的的结结构构在在它它的的整整个个加加载载历历史史期期间间显显示示出出高高度度的的非非线线性性特特点点，，而而且且你你对对结结 构构的的行行为为子子解解足足够够好好可可以以确确保保深深到到收收敛敛的的解解，，那那么么你你也也许许能能够够自自己己确确定定多多小小的的 时时间间步步长长是是必必需需的的，，且且对对所所有有的的载载荷荷步步使使用用这这同同一一时时间间步步务务必必允允许许足足够够大大的的 平平衡衡迭迭代代数数）） 37自动时间分步自动时间分步 如如果果你你预预料料你你的的结结构构的的行行为为将将从从线线性性到到非非线线性性变变化化，，你你也也许许想想要要在在系系统统响响应应的的非非线线性性部部分分期期间间变变化化时时间间步步长长。
在在这这样样一一种种情情况况，，你你可可以以激激活活自自动动时时间间分分步步以以 便便随随需需要要调调整整时时间间步步长长，，获获得得精精度度和和代代价价之之间间的的良良好好平平衡衡同同样样地地，，如如果果你你不不确确信信你你的的问问题题将将成成功功地地收收敛敛，，你你也也许许想想要要使使用用自自动动时时间间分分步步来来激活激活ANSYS程序的二分特点程序的二分特点二二分分法法提提供供了了一一种种对对收收敛敛失失败败自自动动矫矫正正的的方方法法无无论论何何时时只只要要平平衡衡迭迭代代收收敛敛失失败败，，二二分分法法将将把把时时间间步步长长分分成成两两半半，，然然后后从从最最后后收收敛敛的的子子步步自自动动重重启启动动，，如如果果已已二二分分的的时时间间步步再再次次收收敛敛失失败败，，二二分分法法将将再再次次分分割割时时间间步步长长然然后后重重启启动动，，持持续续这这一一过过程直到获得收敛或到达最小时间步长（由你指定）程直到获得收敛或到达最小时间步长（由你指定） 38载荷和位移方向载荷和位移方向 当当结结构构经经历历大大变变形形时时应应该该考考虑虑到到载载荷荷将将发发生生了了什什么么变变化化。
在在许许多多情情况况中中，，无无论论结结构构如如何何变变形形施施加加在在系系统统中中的的载载荷荷保保持持恒恒定定的的方方向向而而在在另另一一些些情情况况中中，，力力将将 改改变变方方向向，，随随着着单单元元方方向的改变而变化向的改变而变化ANSYS程程序序对对这这两两种种情情况况都都可可以以建建模模，，依依赖赖于于所所施施加加的的载载荷荷类类型型加加速速度度和和集集中中力力将将不不管管单单元元方方向向的的改改变变而而保保持持它它们们最最初初的的方方向向，，表表面面载载荷荷作作用用在在变变形形单单元元表表面面的的法法向向，，且且可可被被用用来来模拟模拟“跟随跟随”力图1─8说明了恒力和跟随力说明了恒力和跟随力 注注意意──在在大大变变形形分分析析中中不不修修正正结结点点坐坐标标系系方方向向因因此此计计算算出的位移在最初的方向上输出出的位移在最初的方向上输出 39载荷和位移方向（续）载荷和位移方向（续）图图1─8 变形前后载荷方向变形前后载荷方向 40非线性瞬态过程的分析非线性瞬态过程的分析 用用于于分分析析非非线线性性瞬瞬态态行行为为的的过过程程，，与与对对线线性性静静态态行行为为的的处处理理相相似似,以以步步进进增增量量加加载载，，程程序序在在每每一一步步中中进进行行平平衡衡迭迭代代。
静静态态和和瞬瞬态态处处理理的的主主要要不不同同是是在在瞬瞬态态过过程程分分析析中中要要激激活活时时间间积积分分效效应应因因此此，，在在瞬瞬态态过过程程分分析析中中“时时间间”总总是是表表示示实实际际的的时时序序自自动动时时间间分分步步和和二二等等分分特特点点同同样样也也适适用用于瞬态过程于瞬态过程分分析Procedure1. .....2. .....3. ..... 41四、非线性分析中用到的命令非线性分析中用到的命令 42非线性分析中用到的命令非线性分析中用到的命令 使使用用与与任任何何其其它它类类型型分分析析的的同同一一系系列列的的命命令令来来建建模模和和进进行行非非线线性性分分析析同同样样，，无无论论你你正正在在进进行行何何种种类类型型的的分分析析，，你你可可从从用用户图形界面户图形界面GUI选择相似的选项来建模和求解问题选择相似的选项来建模和求解问题本本章章后后面面的的部部分分”非非线线性性实实例例分分析析（（命命令令）），， 显显示示了了使使用用批批处处理理方方法法用用 ANSYS分分析析一一个个非非线线性性分分析析时时的的一一系系列列命命令令另另一一部部分分“非非线线性性实实例例分分析析（（GUI方方法法））”，，显显示示了了如如何何从从ANSYS的的GUI中中执行同样的例子分析执行同样的例子分析。
LessonObjectives 43五、非线性分析步骤综述 44非线性分析步骤综述非线性分析步骤综述 尽尽管管非非线线性性分分析析比比线线性性分分析析变变得得更更加加复复杂杂，，但但处处理理基基本本相相同同只只是是在在非非线线形形分分析析的的适适当当过过程程中中，，添添加加了需要的非线性特性了需要的非线性特性LessonObjectives 45如何进行非线性静态分析 非非线线性性静静态态分分析析是是静静态态分分析析的的一一种种特特殊殊形形式式如如同同任何静态分析，处理流程主要由三个主要步骤组成：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、加载且得到解加载且得到解3、考察结果考察结果 46求解步骤一:建模步骤步骤1：建模：建模 这这一一步步对对线线性性和和非非线线性性分分析析都都是是必必需需的的，，尽尽管管非非线线性性分分析析在在这这一一步步中中可可能能包包括括特特殊殊的的单单元元或或非非线线性性材材料料性性质质，，如如果果模模型型中中包包含含大大应应变变效效应应，，应应力力─应应变变数数据据必必须依据真实应力和真实（或对数）应变表示须依据真实应力和真实（或对数）应变表示。
Guidelines 47求解步骤二:加载求解步骤步骤2：加载且得到解：加载且得到解 在在这这一一步步中中，，你你定定义义分分析析类类型型和和选选项项，，指指定定载载荷荷步步选选项项，，开开始始有有限限无无求求解解既既然然非非线线性性求求解解经经常常要要求求多多个个载载荷荷增增量量，，且且总是需要平衡迭代，它不同于线性求解处理过程如下：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、进入ANSYS求解器求解器命令：命令：/SolutionGUI：：Main Menu>Solution2、、定定义义分分析析类类型型及及分分析析选选项项分分析析类类型型和和分分析析选选项项在在第第一一个个载载荷荷步步后后（（也也就就是是，，在在你你发发出出你你的的第第一一个个SOLVL命命令令之之后后））不能被改变不能被改变ANSYS提供这些选项用于静态分析提供这些选项用于静态分析Procedure1. .....2. .....3. ..... 48求解步骤二:加载求解（续）表表1─1 分析类型和分析选项分析类型和分析选项 选项：新的分析选项：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：静态选项：分析类型：静态〔〔ANTYPE〕〕 选择Static（静态）选项：大变形选项：大变形或或大应变选大应变选项（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 49求解步骤二:加载求解（续）选项：应力选项：应力刚刚化效应化效应〔〔SSTIF〕〕 如果存在应如果存在应力刚化效应选择力刚化效应选择ON选项：选项：牛顿－拉普森牛顿－拉普森选项选项〔〔NROPT〕〕 仅仅在在非非线线性性分分析析中中使使用用这这个个选选项项这这个个选选项项指指定定在在求求解解期期间间每每隔隔多多久久修修改改一一 次次正正切切矩矩阵阵你你可可以以指指定定这这些些值值中中的一个· 程程序序选选择择（（NROPT，，ANTO））：：程程序序基基于于你你模模型型中中存存在在的的非非线线性性种种类类选选择择用用这这些些选选项项中中的的一一个个在在需需要要时时牛牛顿－拉普森方法顿－拉普森方法将自动激活自适应下降将自动激活自适应下降 50求解步骤二:加载求解（续）· 修修正正的的（（NROPT，，MODI））：：程程序序使使用用修修正正的的牛牛顿顿－－拉拉普普森森方方法法，，在在这这种种方方法法中中正正切切刚刚度度矩矩阵阵在在每每一一子子步步中中都都被被修修正正。
在在一一个个子子步步的的平平衡衡迭迭 代代期期间间矩矩阵阵不不被被改改变变这这个选项不适用于大变形分析自适应下降是不可用的个选项不适用于大变形分析自适应下降是不可用的· 初初始始刚刚度度（（NROPT，，INIT））：：程程序序在在每每一一次次平平衡衡迭迭代代中中都都使使用用初初始始刚刚度度矩矩阵阵这这一一选选项项比比完完全全选选项项似似乎乎较较不不易易发发散散，，但但它它经经常常要要求求更更多多次次的的迭迭代代来来得得到到收收敛敛它它不不适适用用于大变形分析自适应下降是不可用的于大变形分析自适应下降是不可用的选项：方程求解器选项：方程求解器 对于非线性分析，使用前面的求解器（缺省选项）对于非线性分析，使用前面的求解器（缺省选项） 51求解步骤二:加载求解（续）3、、在在模模型型上上加加载载，，记记住住在在大大变变型型分分析析中中惯惯性性力力和和点点载载荷荷将将保保持持恒恒定的方向，定的方向，但但表面力将表面力将“跟随跟随”结构结构而变化4、、指指定定载载荷荷步步选选项项这这些些选选项项可可以以在在任任何何载载荷荷步步中中改改变变下下列列选选项对非线性静态分析是可用的：项对非线性静态分析是可用的：普通选项：普通选项：·Time(TIME)ANSYS程程序序借借助助在在每每一一个个载载荷荷步步末末端端给给定定的的TIME参参数数识识别别出出载载荷荷步步和和子子步步。
使使用用TIME命命令令来来定定义义受受某某些些实实际际物物理理量量（（如如先先后后时时间间，，所所施施加加的的压压力力，，等等等等限限制制的的TIME值值程程序序通通过过这这个个选选项项来指定来指定载荷步的末端时间载荷步的末端时间注注意意──在在没没有有指指定定TIME值值时时，，程程序序将将依依据据缺缺省省自自动动地地对对每每一一个个载载荷步按荷步按1.0 增增加加TIME（在第一个载荷步的末端以开始）（在第一个载荷步的末端以开始）·时间步的数目时间步的数目〔〔NSUBST〕〕·时间步长时间步长〔〔DELTIM〕〕 52求解步骤二:加载求解（续）非非线线性性分分析析要要求求在在每每一一个个载载荷荷步步内内有有多多个个子子步步（（或或时时间间步步；；这这两两个个术术语语是是等等效效的的））从从而而ANSYS可可以以逐逐渐渐施施加加所所给给定定的的载载荷荷，，得得到到精精确确的的解解NSUBST和和DELTIM命命令令都都获获得得同同样样的的效效果果（（给给定定载载荷荷步步的的起起始始，，最最小小，，及及最最大大步步长长））NSNBST 定定义义在在一一个个载载荷荷步步内内将将被被使使用用的的子子步步的的数数目目，，而而DELTIM明明确确地地定定义义时时间间步步长长。
如如果果自自动动时时间间步步长长是是关关闭闭的的，，那那么么起起始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渐进式或阶跃式的加载 在在与与应应变变率率无无关关的的材材料料行行为为的的非非线线性性静静态态分分析析中中通通常常不不需需要要指指定定这这个个选选项项，，因因为为依依据据缺缺省省，，载载荷荷将将为为渐渐进进式式的的,阶阶跃跃式式的的载载荷荷〔〔KBC，，1〕〕除除了了在在率率─相相关关材材料料行行为为情情状状下下（（蠕蠕变变或或粘粘塑性）塑性），，在静态分析中通常没有意义在静态分析中通常没有意义 53求解步骤二:加载求解（续）·自动时间分步自动时间分步〔〔AUTOTS〕〕 这这一一选选项项允允许许程程序序确确定定子子步步间间载载荷荷增增量量的的大大小小和和决决定定在在求求解解期期间间是是增增加加还还是是减减 小小时时间间步步（（子子步步））长长缺缺省省时时是是OFF（关闭）你你可可以以用用AUTOTS命命令令打打开开自自动动时时间间步步长长和和二二分分法法通通过过激激活活自自动动时时间间步步长长，，可可以以让让程程序序决决定定在在每每一一个个载载荷荷步步内内使使用用多少个时间步。
多少个时间步在在一一个个时时间间步步的的求求解解完完成成后后，，下下一一个个时时间间步步长长的的大大小小基基于于四四种因素预计：种因素预计：·在在最最近近过过去去的的时时间间步步中中使使用用的的平平衡衡迭迭代代的的数数目目（（更更多多次次的的迭迭代成为时间步长减小的原因）代成为时间步长减小的原因）·对对非非线线性性单单元元状状态态改改变变预预测测（（当当状状态态改改变变临临近近时时减减小小时时间间步步长）长）·塑性应变增加的大小塑性应变增加的大小·蠕变增加的大小蠕变增加的大小 54求解步骤二:加载求解（续）非线性选项非线性选项 程程序序将将连连续续进进行行平平衡衡迭迭代代直直到到满满足足收收敛敛准准则则我我们们可可以以用用缺缺省省的的收敛准则收敛准则，，也可以自己定义收敛准则也可以自己定义收敛准则·收敛准则收敛准则〔〔CNVTOL〕〕缺省的收敛准则缺省的收敛准则依依据据缺缺省省，，程程序序将将以以VALUE·TOLER的的值值对对力力（（或或者者力力矩矩））进进行行收收敛敛 检检 查查 VALUE的的 缺缺 省省 值值 是是 在在 所所 加加 载载 荷荷 （（ 或或 所所 加加 位位 移移 ，，Netwton-Raphson回回复复力力））的的SRSS，，和和MINREF（（其其缺缺省省为为））中，取值较大者中，取值较大者。
TOLER的缺省值是的缺省值是 你你应应当当几几乎乎总总是是使使用用力力收收敛敛检检查查可可以以添添加加位位移移（（或或者者转转动动））收收敛敛检检查查对对于于位位移移，，程程序序将将收收敛敛检检查查建建立立在在当当前前（（i））和和前前面面（（i─1）次迭代之间的位移改变上次迭代之间的位移改变上注注意意──如如果果你你明明确确地地定定义义了了任任何何收收敛敛准准则则（（CNVTOL）），，缺缺省省准准则则将将“失失效效”因因此此，，如如果果你你定定义义了了位位移移收收敛敛检检查查，，你你将将不不得得不不再再定义力收敛检查定义力收敛检查 55求解步骤二:加载求解（续）用户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）你可以定义用户收敛准则，替代缺省的值） 使使用用严严格格的的收收敛敛准准则则将将提提高高你你的的结结果果的的精精度度，，但但以以多多更更次次的的平平衡衡迭迭代代为为代代价价如如果果你你想想严严格格（（加加放放松松））你你的的准准则则，，你你应应当当改改变变TOLER两两个个数数量量级级一一般般地地，，你你应应当当继继续续使使用用VALUE的的缺缺省省值值；；也也就就是是，，通通过过调调整整TOLER，，而不是而不是VALUL 改变收改变收敛准则。
敛准则在单一和多在单一和多DOF系统中检查收敛系统中检查收敛 要要在在单单自自由由度度（（DOF））系系统统中中检检查查收收敛敛，，你你对对这这一一个个DOF计计算算出出不不平平衡衡力力，，然然后后对对照照给给定定的的收收敛敛准准则则（（VALUE*TOLER））参参看看这这个个值值（（同同样样也也可可以以对对的的单单一一DOF的的位位移移(和和旋旋度度)收收敛敛进进行行类类似似的的检检查查然然而而，，在在多多DOF系系统中，你也许想使用不同的比较方法统中，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无限规范在你模型中的每一个DOF处重复单处重复单－－DOF核查·LI规范将收敛准则同所有规范将收敛准则同所有DOFS的的不不平衡力（平衡力（力矩力矩）的绝对值的总和相对照的绝对值的总和相对照·L2规规范范使使用用所所有有DOFS不不平平衡衡力力（（或或力力矩矩））的的平平方方总总和和的的平平方方根根进进行行收收敛敛检检查 56步骤二－－实例实例 对对于于下下面面例例子子，，如如果果不不平平衡衡力力（（在在每每一一个个DOF处处单单独独检检查查））小小于于或或等等于于，，且且如如果果位位移移的的改改变变（（以以平平方方和和的的平平方方根根检检查查））小小于或等于，子步将认为是收敛的。
于或等于，子步将认为是收敛的 CNVTOL，，F，，5000，，，，0 CNVTOL，，U，，10，，，，2·平衡迭代的最大次数平衡迭代的最大次数〔〔NEQIT〕〕Guidelines 57步骤二－－实例（续）实例（续） 使使用用这这个个选选项项来来对对在在每每一一个个子子步步中中进进行行的的最最大大平平衡衡迭迭代代次次数数实实行行限限制制（（缺缺省省=25））如如果果在在这这个个平平衡衡迭迭代代次次数数之之内内不不能能满满足足收收敛敛准准则则，，且且如如果果自自动动步步长长是是打打开开的的〔〔AUTOTS〕〕，，分分析析将将尝尝试试使使用用二二分分法法如如果果二二分分法法是是不不可可能能的的，，那那么么，，分分析析将将或或者者终终止止，，或或者者进进行行下下一一个个载载荷荷步步，，依依据据你你在在NCNV命命令令中中发出的指示发出的指示·求解终止选项求解终止选项〔〔NCNV〕〕Guidelines 58步骤二－－实例（续）实例（续） 这个选项处理五种不同的终止准则这个选项处理五种不同的终止准则：：·如果位移如果位移“太大太大”它建立一个用于终止分析和程序执行的准则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累积迭代次数设置限制·它对整个时间设置限制它对整个时间设置限制·它对整个它对整个CPU时间设置限制时间设置限制·弧长选项弧长选项〔〔ARCLEN〕〕如如果果你你预预料料到到结结构构在在它它的的载载荷荷历历史史内内某某些些点点上上将将在在物物理理意意义义上上不稳定，你可以使不稳定，你可以使用用弧长方法来帮助获得稳定数值求解弧长方法来帮助获得稳定数值求解Procedure1. .....2. .....3. ..... 59步骤二－－实例（续）实例（续） 激活弧长方法的典型的系列命令激活弧长方法的典型的系列命令：：注注意意－－在在适适当当的的时时候候，，你你可可以以和和弧弧长长方方法法一一起起使使用用许许多多其其它它的的分分析析和和载载荷荷步步选选项项但但是是不不能能和和弧弧长长方方法法一一起起使使用用下下列列选选项项：：线线搜搜索索〔〔LNSRCH〕〕，，时时间间步步长长预预测测〔〔PRED〕〕，，自自适适应应下下降降〔〔NROPT，，，，，，ON〕〕，，自自动动时时间间步步长长〔〔AUTOTS，，TIME，，DELTIM〕〕，，或或打打开开时间－积分效应（时间－积分效应（TIMINT）。
· 时间步长时间步长预测预测──纠正选项纠正选项〔〔PRED〕〕 对对于于每每一一个个子子步步的的第第一一次次平平衡衡迭迭代代你你可可以以激激活活和和DOF求求解解有有关关的的预预测测这这个个特特点点加加速速收收敛敛且且如如果果非非线线性性响响应应是是相相对对平平滑滑的的，，它它特特别的有用别的有用· 线搜索选项线搜索选项〔〔LNSRCH〕〕 这这个个选选项项是是对对自自适适应应下下降降的的替替代代这这个个收收敛敛提提高高工工具具用用程程序序计计算算出出的的比比例例因因子子（（具具有有0和和1之之间间的的值值））乘乘以以计计算算出出的的位位移移增增量量因因为为线线搜搜索索算算法法是是用用来来对对自自适适应应下下降降选选项项〔〔NROPT〕〕进进行行的的替替代代，，如如果果线线搜搜索索选选项项是是开开，，自自适适应应下下降降不不被被自自动动激激活活不不建建议议同同时时激激活活线搜索和自适应下降线搜索和自适应下降 60步骤二－－实例（续）实例（续） · 激活和杀死选项激活和杀死选项在在ANSYS/Mechanical和和ANSYS/LS－－DYNA产产品品中中，，你你可可以以去去杀杀死死和和激活单元来模拟材料的消去和添加。
激活单元来模拟材料的消去和添加程程序序通通过过用用一一个个非非常常小小的的数数（（它它由由ESTIF命命令令设设置置））乘乘以以它它的的刚刚度度从从总总质质量量矩矩阵阵消消去去它它的的质质量量“ 杀杀死死”一一个个单单元元对对无无活活性性单单元元的的单单元元载载荷荷（（压压力力，，热热通通量量，，热热应应变变，，等等等等））同同样样设设置置为为零零需需要要在在前前处处理理中中定定义义所所有有可可能能的的单单元元；；不不可可能能在在 SOLUTION中中产产生生新新的的单元在在你你的的分分析析的的后后面面阶阶段段中中“出出生生”的的那那些些单单元元，，在在第第一一个个载载荷荷步步前前应应当当被被杀杀死死，，然然后后去去在在适适当当的的载载荷荷步步的的开开始始被被重重激激活活，，当当单单元元被被重重激激活活时时，，它它们们具具有有零零应应变变状状态态，，且且（（if NLGEOM,ON）） 它它们们的的几几何何选选项项（（长长度度，，面面积积等等等等））被被修修改改来来与与它它们们的的的的现现偏偏移移位位置置相相适适应 61步骤二－－实例（续）实例（续） •杀死（杀死（EKILL））•激活（激活（EALIVE））•改变材料性质参考号改变材料性质参考号〔〔MPCHG〕〕另另一一种种在在求求解解期期间间影影响响单单元元行行为为的的办办法法是是来来改改变变它它的的材材料料性性质质参参考考号。
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适用于大多数单元类型MPCHG适用于所于单元类型适用于所于单元类型 62步骤二－－实例（续）实例（续） 输出控制选项输出控制选项输出控制选项包括：输出控制选项包括：·打印输出（打印输出（OUTPR））使使用用这这个个选选项项来来在在输输出出文文件件（（Jobname.out)中中包包括括进进便便所所想想要要的的结结果数据·结果文件输出结果文件输出〔〔OUTRES〕〕这个选项控制结果文件中的数据（这个选项控制结果文件中的数据（Jobname.rst)OUTPR和和OUTRES用来用来控制结果被写入这些文件的频率控制结果被写入这些文件的频率·结果外推结果外推〔〔ERESX〕〕这这个个选选项项，，依依据据缺缺省省，，拷拷贝贝一一个个单单元元的的积积分分点点应应力力和和弹弹性性应应变变结结果果到到结结点点而而替替代代外外推推它它们们，，如如果果在在单单元元中中存存在在非非线线性性（（塑塑性性，，蠕蠕变变，，膨胀）的话积分点非线性变膨胀）的话积分点非线性变化化总是被拷贝到结点。
总是被拷贝到结点 63求解步骤二（续）步骤步骤2：加载且得到解：加载且得到解5、存储基本数据的备份副本于、存储基本数据的备份副本于另一另一文件命令：命令：SAVEGUI：：Utility Menu>File>Save As6、开始求解计算开始求解计算命令：命令：SOLVEGUI：：Main Menn>Solution>-Solve-Current LS7、、如如果果你你需需要要定定义义多多个个载载荷荷步步，，对对每每一一个个其其余余的的载载荷荷步步重重复复步骤步骤3至至68、离开、离开SOLUTION处理器处理器命令：命令：FINISHGUI：：关闭关闭Solution菜单 Guidelines 64求解步骤三步骤步骤3：考察结果：考察结果 来来自自非非线线性性静静态态分分析析的的结结果果主主要要由由位位移移，，应应力力，，应应变变，，以以及及反反作作用用力力组组成成可可以以用用POST1，，通通用用后后处处理理器器，，或或者者用用POST26，时间历程后处理器，来考察这些结果时间历程后处理器，来考察这些结果 记记住住，，用用POST1一一次次仅仅可可以以读读取取一一个个子子步步，，且且来来自自那那个个子子步步的的结结果果应应当当已已被被写写入入。
载载荷荷步步选选项项命命令令OUTRES控控制制哪哪一一个个子子步步的的结结果果被被存存储储入入)典典型型的的POST1后后处处理理顺顺序序将在下面描述将在下面描述 65求解步骤三（续）用用POST1考察结果考察结果1、、检检查查你你的的输输出出文文件件（（Jobname.out)是是否否在在所所有有的的子子步步分分析都收敛析都收敛·如如果果不不收收敛敛，，你你可可能能不不想想后后处处理理结结果果，，而而是是想想确确定定为为什什么么收收敛失败·如果你的解收敛，那么继续进行后处理如果你的解收敛，那么继续进行后处理2、、进进入入POST1如如果果用用于于求求解解的的模模型型现现在在不不在在数数据据中中，，发发出出RESUME命令：命令：POST1GUI：：Main Menu>General Postproc3、、读读取取需需要要的的载载荷荷步步和和子子步步结结果果，，这这可可以以依依据据载载荷荷步步和和子子步步号或者时间号或者时间来来识别然而，不能依据时间识别出弧长结果识别然而，不能依据时间识别出弧长结果命令：命令：SETGUI：：Main Menn>General Postproc>Read Results-Load step 66求解步骤三（续）注注意意：：如如果果你你指指定定了了一一个个没没有有结结果果可可用用的的Time值值，，ANSYS程程 序序 将将 进进行行线线性性内内插插来来计计算算出出那那Time处处的的结结果果。
认认识识到到在在非非线线分分析析中中这这种种线线性性内内插插通通常常将将导导致致某某些些精精度度损损 失失 （（ 参参 看看 图图1─9））因因此此，，对对于于非非线线性性分分析析，，通通常常你你应应当当在在一一个个精精确确地地对对应应于于要要求求子子步步的的TIME处处进进行行后后处理图图1─9非线性果的线性内插可能引起某些误差非线性果的线性内插可能引起某些误差 67求解步骤三（续）4、使用下列任意选项显示结果、使用下列任意选项显示结果选项；显示已变形的形状选项；显示已变形的形状命令：命令：PLDISPGUI：：Main Menu>General Postproc>Plot Results>Deformed Shapes在在大大变变形形分分析析中中，，一一般般优优先先使使用用真真实实比比例例显显示示〔〔IDSCALE，，，，1〕〕选项：等值线显示选项：等值线显示命令：命令：PLNSOL 或者或者PLESOLGUI：：Main Menu>General Postproc>Plot Results>-Contour Plot-Nodal Solu或者或者 Element Solu使使用用这这些些选选项项来来显显示示应应力力，，应应变变，，或或者者任任何何其其它它可可用用项项目目的的等等值值线线。
如如果果邻邻接接的的单单元元具具有有不不同同材材料料行行为为（（可可能能由由于于塑塑性性或或 多多线线性性弹弹性性的的材材料料性性质质，，由由于于不不同同的的材材料料类类型型，，或或者者由由于于邻邻近近的的单单元元的的死死活活属属性性不不同同而而产产生生）），，你你应应当当注注意意避避免免你你的的结结果果中的结点应力平均错误中的结点应力平均错误 68求解步骤三（续）同样地你可以绘同样地你可以绘制制单元表数据和线单元数据的等值线：单元表数据和线单元数据的等值线：命令：命令：PLETAB，，PLLSGUIS：： Main Menu>General Postproc>Element Table>Plot Element Table Main Menu>General Postproc>Plot Results>-Contour Plot-Line Elem Res使使用用PLETAB命命令令（（GUI路路径径Main Menu>General Postproc>Element Table>Plot *Element Table)来来绘绘制制单单元元表表数数据据的的等等值值线线，，用用PLLS（（GUI路路径径Main Menu>General Postproc>Plot Results>Line elem Res））来来绘绘制制线单元数据的等值线。
线单元数据的等值线 69求解步骤三（续）选项：列表选项：列表命令：命令：PRNSOL（结点结果）（结点结果）PRESOL（结果）（结果）PRRSOL（反作用力数据）（反作用力数据）PRETABPRITER（子步总计数据）等等子步总计数据）等等NSORTESORTGUIS：： Main Menu>General Postproc>List Results>Nodal SolutionMain Menu>General Postproc>List Results>Element SolutionMain Menu>General Postproc>List Results>Reaction Solution使用使用NSORT和和ESORT命令在将数据列表前对它们进行排序命令在将数据列表前对它们进行排序Guidelines 70求解步骤三（续）其它的性能其它的性能许许多多其其它它的的后后处处理理函函数数──在在路路径径上上映映射射结结果果记记录录，，参参量量列列表表，，等等等等──在在POST1中中是是可可用用的的对对于于非非线线性性分分析，载荷工况组合通常是无效的析，载荷工况组合通常是无效的。
Guidelines 71求解步骤三（续）用用POST26考察结果考察结果同同样样地地你你可可以以使使用用POST26，，时时间间─历历程程后后处处理理器器考考察察非非线线性性结结构构的的载载荷荷──历历程程响响应应使使用用POST26比比较较一一个个ANSYS变变量量对对另另一一个个变变量量的的关关系系例例如如，，你你可可以以用用图图形形表表示示某某一一结结点点处处的的位位移移与与对对应应的的所所加加载载荷荷的的关关系系，，或或者者你你可可以以列列出出某某一一结结点点处处的的塑塑性性应应变变和和对对应应的的TIME值值之间的关系之间的关系Guidelines 72求解步骤三（续）典型的典型的POST26后处理顺序可以遵循以下步骤：后处理顺序可以遵循以下步骤：1、、根根据据你你的的输输出出文文件件（（Jobname.OUT)检检查查是是否否在在所所有有要要求求的的载载荷荷步步内内分分析析都都收收敛敛你你不不应应当当将将你你的的设设计计决决策策建建立在非收敛结果的基础上立在非收敛结果的基础上2、、如如果果你你的的解解是是收收敛敛的的，，进进入入POST26，，如如果果现现与与你你的的模模型不在数据库内，发出型不在数据库内，发出RESUME命令。
命令命令：命令：POST26GUI：：Main Menu>Time Hist Postpro3、定义在后处理期间使用的变、定义在后处理期间使用的变量量命令：命令：NSOLESOLRFORCLGUI：： Main Menu>Time Hist Postproc>Define Variables 73求解步骤三（续）4、图形或者列表、图形或者列表显示显示变量命令：命令：PLVAR（图形表示变（图形表示变量量））PRVAREXTREM（列表变量）（列表变量）GUIS：：Main Menu>Time Hist Postprac>Graph Variable SMain Menu>Time Hist Postproc>List VariablesMain Menu>Time Hist Postproc>List Extremes 其它的性能其它的性能许多其它的后处理函数可用于许多其它的后处理函数可用于POST26 74求解步骤三（续）终止正在运行的工作；重起动终止正在运行的工作；重起动你你可可以以通通过过产产生生一一个个“abort”文文件件（（））停停止止一一个个非非线线性性分分析析一一旦旦求求解解成成功功地地完完成成，，或或者者收收敛敛失失败败发发生生,程程序序也将停止分析。
也将停止分析如如果果一一个个分分析析在在终终止止前前已已成成功功地地完完成成了了一一次次或或多多次次迭迭代代,你可以屡次重启动它你可以屡次重启动它¡ Guidelines 。
