第十章其它非線性功能

1、September 30, 19981- Release 5.5 (0011)其它非線性功能其它非線性功能September 30, 199810-2Structural Nonlinearities - Release 5.5 (001156)本章結(jié)束后，你將知道本章結(jié)束后，你將知道ANSYS程序如下的非線性功能程序如下的非線性功能:SessionObjective1. 其它材料非線性其它材料非線性粘彈性粘彈性, 蠕變?nèi)渥? 非線性彈性非線性彈性,混凝土混凝土2. 其它改變狀態(tài)的非線性其它改變狀態(tài)的非線性控制單元控制單元, 非線性彈簧非線性彈簧, 僅僅僅僅拉伸和拉伸和/或壓縮桿或壓縮桿, 轉(zhuǎn)

2、動(dòng)接頭轉(zhuǎn)動(dòng)接頭, 含有含有布選項(xiàng)的薄膜殼布選項(xiàng)的薄膜殼3. 用戶可編程特征用戶可編程特征September 30, 199810-3Structural Nonlinearities - Release 5.5 (001156) 在規(guī)定的培訓(xùn)課程時(shí)間范圍內(nèi)在規(guī)定的培訓(xùn)課程時(shí)間范圍內(nèi), 要想覆蓋要想覆蓋ANSYS非線性功能的全非線性功能的全部?jī)?nèi)容是不可能的部?jī)?nèi)容是不可能的. 本章突出介紹在培訓(xùn)課程中沒有涉及到的其它非線性功能本章突出介紹在培訓(xùn)課程中沒有涉及到的其它非線性功能. 有關(guān)有關(guān)本章提到的題目的更多信息請(qǐng)參看本章提到的題目的更多信息請(qǐng)參看ANSYS分析指南分析指南.September 30

3、, 199810-4Structural Nonlinearities - Release 5.5 (001156) 粘彈性是一種同時(shí)具有彈性變形成分粘彈性是一種同時(shí)具有彈性變形成分(可恢復(fù)可恢復(fù))和粘性變形成分和粘性變形成分(不不可恢復(fù)可恢復(fù)) 的非線性材料的非線性材料. 在施加載荷時(shí)在施加載荷時(shí), 彈性變形立即發(fā)生彈性變形立即發(fā)生,而粘性而粘性成分在加載過(guò)程中發(fā)生成分在加載過(guò)程中發(fā)生. 粘彈性材料模型用于描述玻璃或類似于玻璃的材料粘彈性材料模型用于描述玻璃或類似于玻璃的材料.在此模型中還在此模型中還可以包括溫度變化的影響可以包括溫度變化的影響,這樣就能模擬加熱和冷卻工序這樣就能模擬加熱和冷

4、卻工序.粘彈性模型的一個(gè)簡(jiǎn)單代表是一粘彈性模型的一個(gè)簡(jiǎn)單代表是一個(gè)彈簧和一個(gè)阻尼器串聯(lián)個(gè)彈簧和一個(gè)阻尼器串聯(lián).September 30, 199810-5Structural Nonlinearities - Release 5.5 (001156)粘彈性材料模型可用于粘彈性粘彈性材料模型可用于粘彈性88單元和粘彈性單元和粘彈性89單元單元. 粘彈性粘彈性88 二維二維, 八八節(jié)點(diǎn)實(shí)體單元節(jié)點(diǎn)實(shí)體單元,有平面應(yīng)變或軸對(duì)稱分析選項(xiàng)有平面應(yīng)變或軸對(duì)稱分析選項(xiàng). VISCO89 三維三維, 二十節(jié)點(diǎn)實(shí)體單元二十節(jié)點(diǎn)實(shí)體單元,其中間節(jié)點(diǎn)可以去掉其中間節(jié)點(diǎn)可以去掉. September 30, 1998

5、10-6Structural Nonlinearities - Release 5.5 (001156) 蠕變是指在常載荷作用下持續(xù)增加的不可逆應(yīng)變?nèi)渥兪侵冈诔］d荷作用下持續(xù)增加的不可逆應(yīng)變. 一些材料一些材料(如鉛、如鉛、混凝土和一些塑料混凝土和一些塑料)在室溫時(shí)就發(fā)生顯著的蠕變?cè)谑覝貢r(shí)就發(fā)生顯著的蠕變,而多數(shù)金屬在高溫而多數(shù)金屬在高溫下表現(xiàn)出蠕變行為下表現(xiàn)出蠕變行為. 如果材料表現(xiàn)出蠕變行為如果材料表現(xiàn)出蠕變行為,則在常載荷下則在常載荷下,元件將繼續(xù)變形元件將繼續(xù)變形. 類似類似, 如如果此元件承受常位移作用果此元件承受常位移作用, 應(yīng)力將繼續(xù)下降應(yīng)力將繼續(xù)下降. 有時(shí)稱為應(yīng)力松弛有時(shí)稱為

6、應(yīng)力松弛.September 30, 199810-7Structural Nonlinearities - Release 5.5 (001156)典型的單軸蠕變曲線有三個(gè)階段典型的單軸蠕變曲線有三個(gè)階段:時(shí)間時(shí)間 第二段第二段第三段第三段起始段起始段斷裂斷裂September 30, 199810-8Structural Nonlinearities - Release 5.5 (001156) 在在起始階段起始階段應(yīng)變率隨時(shí)間下降應(yīng)變率隨時(shí)間下降. 此階段通常在較短時(shí)間內(nèi)發(fā)生此階段通常在較短時(shí)間內(nèi)發(fā)生. 第二階段第二階段具有常數(shù)應(yīng)變率具有常數(shù)應(yīng)變率, 因此蠕變應(yīng)變以常速率發(fā)展因此蠕變應(yīng)變

7、以常速率發(fā)展. 在在第三第三階段階段, 應(yīng)變率迅速增加直至材料失效應(yīng)變率迅速增加直至材料失效. 蠕變應(yīng)變率可以是應(yīng)力、應(yīng)變、溫度、時(shí)間或其它變量的函數(shù)蠕變應(yīng)變率可以是應(yīng)力、應(yīng)變、溫度、時(shí)間或其它變量的函數(shù). 最感興趣的通常是起始階段和第二階段最感興趣的通常是起始階段和第二階段. ANSYS能夠建立起始能夠建立起始階段和第二階段的蠕變模型階段和第二階段的蠕變模型.September 30, 199810-9Structural Nonlinearities - Release 5.5 (001156) 確信所用單元類型支持蠕變確信所用單元類型支持蠕變. 可以用一般的蠕變應(yīng)變率方程庫(kù)可以用一般的蠕

8、變應(yīng)變率方程庫(kù) (在在 ANSYS 單元手冊(cè)單元手冊(cè)中中). 另外另外, 有一些特殊的蠕變定律有一些特殊的蠕變定律, 用于特殊材料用于特殊材料, 特別是那些用于核特別是那些用于核能工業(yè)的材料能工業(yè)的材料(304和和316號(hào)無(wú)應(yīng)變鋼和號(hào)無(wú)應(yīng)變鋼和 2 1/4 Cr-1 Mo 低合金鋼低合金鋼).September 30, 199810-10Structural Nonlinearities - Release 5.5 (001156) 混凝土材料模型用于建立脆性材料失效模型混凝土材料模型用于建立脆性材料失效模型. 混凝土材料模型同時(shí)混凝土材料模型同時(shí)包含斷裂和包含斷裂和壓壓碎兩種失效模式碎兩種失

9、效模式. 這種材料模型適用于混凝土、巖石和其它具有低拉伸強(qiáng)度和高壓縮這種材料模型適用于混凝土、巖石和其它具有低拉伸強(qiáng)度和高壓縮承載能力的材料承載能力的材料. 混凝土材料模型只能用混凝土實(shí)體混凝土材料模型只能用混凝土實(shí)體65單元單元. 該單元能夠建立加強(qiáng)筋該單元能夠建立加強(qiáng)筋 “ 浸潤(rùn)浸潤(rùn)” 于其中的混凝土模型于其中的混凝土模型. 桿單元能夠用于建立離散的混凝土桿單元能夠用于建立離散的混凝土加強(qiáng)筋模型加強(qiáng)筋模型. September 30, 199810-11Structural Nonlinearities - Release 5.5 (001156) 混凝土材料模型能夠用于斷裂混凝土材料模型

10、能夠用于斷裂 (在三個(gè)正交方向在三個(gè)正交方向)、粉碎、塑性變、粉碎、塑性變形、和蠕變形、和蠕變. 裂紋可以在一個(gè)面內(nèi)發(fā)生裂紋可以在一個(gè)面內(nèi)發(fā)生, 如果隨后與此斷裂面相切的應(yīng)力足夠如果隨后與此斷裂面相切的應(yīng)力足夠 大大, 將會(huì)出現(xiàn)第二將會(huì)出現(xiàn)第二(或第三或第三)條裂紋條裂紋. 裂紋被處理為斷裂的一個(gè)污損裂紋被處理為斷裂的一個(gè)污損區(qū)區(qū), 而不是分離斷裂而不是分離斷裂. 粉碎失效假定為材料結(jié)構(gòu)完整性的完全損壞粉碎失效假定為材料結(jié)構(gòu)完整性的完全損壞, 例如材料散裂例如材料散裂.September 30, 199810-12Structural Nonlinearities - Release 5.5

11、(001156)非線性彈性材料選項(xiàng)允許彈性應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)曲線的多線性非線性彈性材料選項(xiàng)允許彈性應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)曲線的多線性描述描述:材料將沿相同的路徑加載、材料將沿相同的路徑加載、卸載卸載, 這樣就不會(huì)發(fā)生永久這樣就不會(huì)發(fā)生永久的變形的變形(該非線性彈性選項(xiàng)該非線性彈性選項(xiàng)只在只在10%應(yīng)變內(nèi)有效應(yīng)變內(nèi)有效). September 30, 199810-13Structural Nonlinearities - Release 5.5 (001156)其它改變狀態(tài)的非線性結(jié)構(gòu)單元有其它改變狀態(tài)的非線性結(jié)構(gòu)單元有: 組合組合14單元單元非線性彈簧非線性彈簧-阻尼阻尼組合組合39單元單元非線性彈簧非線性

12、彈簧組合組合40單元單元組合非線性彈簧組合非線性彈簧-線性阻尼線性阻尼-間隙間隙 (接觸接觸)桿桿10單元單元 僅僅拉伸或僅僅壓縮桿僅僅拉伸或僅僅壓縮桿殼殼41單元單元 含有布選項(xiàng)殼含有布選項(xiàng)殼組合組合37單元單元控制單元控制單元組合組合7單元單元三維轉(zhuǎn)動(dòng)接頭三維轉(zhuǎn)動(dòng)接頭桿桿11單元單元直線運(yùn)動(dòng)液壓缸直線運(yùn)動(dòng)液壓缸這些單元允許一些非線性行為這些單元允許一些非線性行為. 它們的非線性特征一般由單元選項(xiàng)和它們的非線性特征一般由單元選項(xiàng)和/或?qū)嵆?shù)定義或?qū)嵆?shù)定義.September 30, 199810-14Structural Nonlinearities - Release 5.5 (0011

13、56)該單元是軸向或扭轉(zhuǎn)彈簧該單元是軸向或扭轉(zhuǎn)彈簧-阻尼器阻尼器. 阻尼影響可以包含在瞬態(tài)分析中阻尼影響可以包含在瞬態(tài)分析中. 單元阻尼可以是節(jié)點(diǎn)速度的非線性函數(shù)單元阻尼可以是節(jié)點(diǎn)速度的非線性函數(shù).September 30, 199810-15Structural Nonlinearities - Release 5.5 (001156)該單元是允許多線性彈簧剛度的軸向或扭轉(zhuǎn)彈簧單元該單元是允許多線性彈簧剛度的軸向或扭轉(zhuǎn)彈簧單元.組合組合39單元有守恒單元有守恒(相同路徑相同路徑)或不守恒或不守恒(平行路徑平行路徑)卸載行為的選項(xiàng)卸載行為的選項(xiàng).IJSeptember 30, 199810-1

14、6Structural Nonlinearities - Release 5.5 (001156)該單元能夠建立帶間隙接觸行為的軸向或扭轉(zhuǎn)雙線性彈簧模型該單元能夠建立帶間隙接觸行為的軸向或扭轉(zhuǎn)雙線性彈簧模型. 該單元還能為一個(gè)瞬態(tài)分析建立線性阻尼器或質(zhì)量模型該單元還能為一個(gè)瞬態(tài)分析建立線性阻尼器或質(zhì)量模型.如果如果FSLIDE 0, 該單元還能建立滑動(dòng)行為模型該單元還能建立滑動(dòng)行為模型.September 30, 199810-17Structural Nonlinearities - Release 5.5 (001156)該三維雙線性單元既能用作該三維雙線性單元既能用作“ 鋼索鋼索” (僅

15、僅拉伸僅僅拉伸), 也能用作間隙也能用作間隙 (僅僅壓縮僅僅壓縮).對(duì)于鋼索選項(xiàng)對(duì)于鋼索選項(xiàng), 單元有拉緊和松弛兩種狀態(tài)單元有拉緊和松弛兩種狀態(tài); 對(duì)于間隙選項(xiàng)對(duì)于間隙選項(xiàng), 有壓緊有壓緊和張開兩種狀態(tài)和張開兩種狀態(tài). 可以用實(shí)常數(shù)給出初始應(yīng)變的方法建立預(yù)拉伸?？梢杂脤?shí)常數(shù)給出初始應(yīng)變的方法建立預(yù)拉伸模型型.IIJJ鋼索鋼索間隙間隙September 30, 199810-18Structural Nonlinearities - Release 5.5 (001156)該單元是在受壓縮時(shí)能夠皺縮的三維薄膜殼該單元是在受壓縮時(shí)能夠皺縮的三維薄膜殼(沒有彎曲剛度沒有彎曲剛度). 皺縮能皺縮能夠發(fā)

16、生在一個(gè)夠發(fā)生在一個(gè)(或兩個(gè)或兩個(gè))正交方向正交方向.注意該單元的任何扭曲都可能引起求解不穩(wěn)定注意該單元的任何扭曲都可能引起求解不穩(wěn)定. 要解決此問(wèn)題要解決此問(wèn)題, 可以用一個(gè)實(shí)?？梢杂靡粋€(gè)實(shí)常數(shù)數(shù), 在單元上加上一個(gè)微小的法向剛度在單元上加上一個(gè)微小的法向剛度.September 30, 199810-19Structural Nonlinearities - Release 5.5 (001156)該控制單元是能用于遠(yuǎn)程控制一個(gè)結(jié)構(gòu)各部分的多功能單元該控制單元是能用于遠(yuǎn)程控制一個(gè)結(jié)構(gòu)各部分的多功能單元.該單元提該單元提供質(zhì)量、阻尼器和滑塊供質(zhì)量、阻尼器和滑塊(非線性彈簧非線性彈簧)功能功能

17、.基于控制節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)基于控制節(jié)點(diǎn)的狀態(tài), 該單元既可打開該單元既可打開, 也可關(guān)閉也可關(guān)閉. 該單元的應(yīng)用包括該單元的應(yīng)用包括:機(jī)械減振器、摩擦離合器、恒溫調(diào)節(jié)器、安全閥和電動(dòng)開關(guān)等機(jī)械減振器、摩擦離合器、恒溫調(diào)節(jié)器、安全閥和電動(dòng)開關(guān)等. 當(dāng)然當(dāng)然, 其應(yīng)用并不僅限于此其應(yīng)用并不僅限于此.控制節(jié)點(diǎn)控制節(jié)點(diǎn)September 30, 199810-20Structural Nonlinearities - Release 5.5 (001156)該單元能夠用于建立兩個(gè)物體之間的銷接頭模型該單元能夠用于建立兩個(gè)物體之間的銷接頭模型. 這兩個(gè)物體在三這兩個(gè)物體在三維空間可以經(jīng)歷大轉(zhuǎn)動(dòng)維空間可以經(jīng)歷大

18、轉(zhuǎn)動(dòng).該單元適用于會(huì)發(fā)生大運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)問(wèn)題該單元適用于會(huì)發(fā)生大運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)問(wèn)題. 接頭撓度、摩擦、阻尼接頭撓度、摩擦、阻尼和轉(zhuǎn)動(dòng)極限和轉(zhuǎn)動(dòng)極限(限位限位)可以組合在此單元中可以組合在此單元中. 還有附加控制節(jié)點(diǎn)還有附加控制節(jié)點(diǎn).September 30, 199810-21Structural Nonlinearities - Release 5.5 (001156)桿桿11單元可以用于建立承受大轉(zhuǎn)動(dòng)的液壓缸模型單元可以用于建立承受大轉(zhuǎn)動(dòng)的液壓缸模型. 該單元是具有單該單元是具有單元阻尼的桿元阻尼的桿. 它還能承受實(shí)際規(guī)定長(zhǎng)度的改變它還能承受實(shí)際規(guī)定長(zhǎng)度的改變.該單元的初始長(zhǎng)度該單元的初始長(zhǎng)度

19、L0 和定向由節(jié)點(diǎn)位置決定和定向由節(jié)點(diǎn)位置決定. 測(cè)量行程等于施加的測(cè)量行程等于施加的行程加上軸向變形行程加上軸向變形.September 30, 199810-22Structural Nonlinearities - Release 5.5 (001156) 用戶可編程特征用戶可編程特征 (UPFs)是供你寫你自己的是供你寫你自己的FORTRAN程序的程序的ANSYS功能功能. UPFs允許你編制允許你編制ANSYS程序程序,以滿足你的需要以滿足你的需要.對(duì)于非線性分析對(duì)于非線性分析, 可以包括用戶定義的材料選項(xiàng)或用戶定義可以包括用戶定義的材料選項(xiàng)或用戶定義的單元的單元. 如果你在考慮寫一

20、個(gè)如果你在考慮寫一個(gè)UPF, 推薦閱讀推薦閱讀ANSYS編程員手冊(cè)編程員手冊(cè) (ANSYS Programmers Manual). 該手冊(cè)包含該手冊(cè)包含ANSYS文件文件結(jié)構(gòu)信息和用戶程序示例結(jié)構(gòu)信息和用戶程序示例.September 30, 199810-23Structural Nonlinearities - Release 5.5 (001156) 用戶定義的單元可以加到用戶定義的單元可以加到ANSYS單元庫(kù)單元庫(kù), 并且作為并且作為“ 正規(guī)正規(guī)”單元使用單元使用. 你能夠創(chuàng)建六個(gè)獨(dú)立的單元類型你能夠創(chuàng)建六個(gè)獨(dú)立的單元類型 (USER100- USER105). 用戶定義的單元子程序

21、例子包括在用戶定義的單元子程序例子包括在ANSYS編程員手冊(cè)編程員手冊(cè)( ANSYS Programmers Manual)中中.September 30, 199810-24Structural Nonlinearities - Release 5.5 (001156)如果需要模擬如果需要模擬ANSYS程序選項(xiàng)中沒有的材料行為程序選項(xiàng)中沒有的材料行為, 那么也許可以那么也許可以考慮對(duì)材料規(guī)律編程考慮對(duì)材料規(guī)律編程.提供的用戶可編程特征號(hào)提供的用戶可編程特征號(hào)(UPFs)用于表征不同類型的材料行為用于表征不同類型的材料行為. 現(xiàn)有的用戶材料子程序包括現(xiàn)有的用戶材料子程序包括:塑性塑性/粘塑性粘

22、塑性超彈性超彈性蠕變?nèi)渥兡[脹腫脹September 30, 199810-25Structural Nonlinearities - Release 5.5 (001156)可以定義自己的塑性模型可以定義自己的塑性模型, 作為一個(gè)用戶子程序作為一個(gè)用戶子程序. 該塑性模型可以該塑性模型可以是速率無(wú)關(guān)的或速率相關(guān)的是速率無(wú)關(guān)的或速率相關(guān)的(粘塑性粘塑性). 現(xiàn)有兩個(gè)用戶定義塑性的用戶子程序現(xiàn)有兩個(gè)用戶定義塑性的用戶子程序: USERVP 用于粘塑性用于粘塑性106、107和和108單元單元. USERPL 用于支持塑性的其它單元用于支持塑性的其它單元.September 30, 199810-2

23、6Structural Nonlinearities - Release 5.5 (001156) 通過(guò)用子程序通過(guò)用子程序USRHYP, 可以為不可壓縮的超彈性單元定義自可以為不可壓縮的超彈性單元定義自己的應(yīng)變能密度函數(shù)己的應(yīng)變能密度函數(shù)(W). 在超彈性在超彈性56、58、74或或158單元中單元中, 并激活超彈性數(shù)據(jù)表并激活超彈性數(shù)據(jù)表, 通過(guò)通過(guò)設(shè)置關(guān)鍵選項(xiàng)設(shè)置關(guān)鍵選項(xiàng)(7)=1, 可以得到用戶定義超彈性子程序可以得到用戶定義超彈性子程序. 任何用戶定義的材料常數(shù)可以通過(guò)編輯超彈性數(shù)據(jù)表輸入任何用戶定義的材料常數(shù)可以通過(guò)編輯超彈性數(shù)據(jù)表輸入.September 30, 199810-27Structural Nonlinearities - Release 5.5 (001156)通過(guò)使用子程序通過(guò)使用子程序USERCR, 你可以定義自己的蠕變應(yīng)變率方程你可以定義自己的蠕變應(yīng)變率方程. 蠕變應(yīng)變可以是一系列求解變量的函數(shù)蠕變應(yīng)變可以是一系列求解變量的函數(shù), 如應(yīng)力、應(yīng)變和溫度等如應(yīng)力、應(yīng)變和溫度等.通過(guò)激活蠕