動(dòng)物-workbench ds非線性分析

非線性分本章將會(huì)介紹下列內(nèi)容非線性理論的背景介非線性分析設(shè)金屬塑求解非線性模觀察結(jié)線性分析的背線性分析進(jìn)行線性靜態(tài)結(jié)構(gòu)分析時(shí)的一些假設(shè)和限求解的矩陣方程 定律 由于假定[K]是常量,因此本質(zhì)上只允許線性行為x如右圖所示,如果力加倍 性分析中，位移（和力）也會(huì)加倍但在現(xiàn)實(shí)世界中很多情況下,這種小位移理論是無(wú)效的此時(shí)就需要非線性分析非線性分析背非線性特性有三個(gè)主要來(lái)源幾何非線性如果某個(gè)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了大變形,其變的幾何外形會(huì)導(dǎo)致非線性行為材料非線性非線性的應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系,如右圖所示屬的塑性,也是非線性的另一個(gè)來(lái)源接觸非線性接觸效應(yīng)是一種“狀態(tài)改變”非線性當(dāng)兩接觸體間互相接觸或分離時(shí)會(huì)發(fā)生剛的突然變化，此時(shí)也會(huì)出現(xiàn)非線性非線性分析背在非線性靜態(tài)分析中,剛度[K]依賴(lài)于位移{x}，不再是常量Kx從而力與位移的曲線將是非線性的,如右圖所示,因此當(dāng)力加倍時(shí)位移和應(yīng)力不一定會(huì)加倍非線性分析是迭代求解，因?yàn)檩d荷（F）和位移,響應(yīng)（x）間的關(guān)之前并不知道不會(huì)考慮與時(shí)間相關(guān)的效應(yīng)FxNewton-Raphson非線性求解需要反復(fù)迭實(shí)際的載荷和位移的關(guān)系預(yù)先并不知道(見(jiàn)圖中黃色虛線因此要進(jìn)行一系列帶修正的線性近似。這就是Newton-法的簡(jiǎn)單解釋(圖中紅線在Newton-Raphson法中,第一次迭代施加全載荷Fa結(jié)果為x1.通過(guò)位移可計(jì)算內(nèi)力F1，如FaF1,系統(tǒng)就不平衡。因Fa-F1之差就是不平衡力或殘余力.殘余力必須足夠很小才能重復(fù)上述過(guò)程直FaFi.在這個(gè)例子中，通過(guò)4次迭代系統(tǒng)Newton-Raphson衡，求解收Newton-Raphson43F2F11 非線性求了解載荷管載荷步在通用加載中是變化的Simulation通常在一個(gè)載荷步中求解所有非線性模型。但是,在有螺栓預(yù)緊力載荷時(shí)，DS采用兩個(gè)在載荷步，首先施加螺栓預(yù)緊力載荷,然后施加其它所有載荷.這些載荷步可以認(rèn)為是FaFb.子步以增量形式施加載由于復(fù)雜的響應(yīng)有可能需要按增量形式施加載荷。例如Fa1大約為Fa的一半.Fa1收斂后,再施加全部的Fa載荷。在這個(gè)例子中Fa2個(gè)子步而Fb3個(gè)子步。平衡迭代是修正求解以得到收斂子在右邊的例子中，白色虛線間的迭代就是平衡迭b 非線性分析設(shè)非線性靜力分析的過(guò)程與線性靜力分析很相似，因此本節(jié)中不再詳述各個(gè)步驟。黃色斜體字的步驟包含了非線性分析中的特有選項(xiàng)。導(dǎo)入幾何模指定材料屬性（如果需要：金屬塑性定義接觸選項(xiàng)（如果需要定義網(wǎng)格控制（可選擇施加載荷或約選擇需要查看的結(jié)設(shè)置非線性選求解模查看結(jié)金屬塑什么是塑性當(dāng)韌性材料承受的應(yīng)力超過(guò)其彈性極限時(shí)就會(huì)屈服產(chǎn) 變形塑性是只材料響應(yīng)超過(guò)屈服極限塑性對(duì)金屬成形非常重要塑性作為結(jié)構(gòu)在服務(wù)中的能量吸收機(jī)制通樣重要在小塑性變形時(shí)就會(huì)破壞的材料是脆性材料韌性響應(yīng)在多數(shù)情況下比脆性響應(yīng)安全塑塑性回顧塑性變形是由于剪應(yīng)力（偏應(yīng)力）所造成的原子平面的滑動(dòng)而引的。這種錯(cuò)位移動(dòng)本質(zhì)上是原子在晶體結(jié)構(gòu)重新排造成卸載后不可恢復(fù)的應(yīng)變 變形滑動(dòng)通常不會(huì)帶來(lái)體積應(yīng)變（不可壓縮條件）,pos=0.5彈 塑 屈服準(zhǔn)則(屈服點(diǎn)屈服準(zhǔn)則屈服準(zhǔn)則試用來(lái)聯(lián)系多軸和單軸應(yīng)力狀態(tài)試件的拉伸試驗(yàn)提供單軸數(shù)據(jù)，可以很容易的繪制一維應(yīng)力－應(yīng)變曲線就像本節(jié)前面所提到的那樣.實(shí)際結(jié)構(gòu)通常呈現(xiàn)多軸應(yīng)力狀態(tài)。屈服準(zhǔn)則提供了可以和單軸狀態(tài)vonMises屈服準(zhǔn)則是一個(gè)常用的屈服準(zhǔn)則(也稱(chēng)為八面體剪應(yīng)力或theoctahedralshearstressor能量畸變準(zhǔn)則).vonMises等效應(yīng)力o12222xyyzzx22 2Mises屈服準(zhǔn)在主應(yīng)力空間，vonMises屈服面是圓柱面材料在屈服面內(nèi)呈彈性彈性行為。注意，多軸應(yīng)力狀態(tài)可以存在于圓柱面內(nèi)的任何一點(diǎn)。在圓柱面邊上會(huì)產(chǎn)生屈服。沒(méi)有應(yīng)力狀態(tài)會(huì)存在于圓柱面以外。硬化規(guī)則會(huì)描述圓柱面隨響應(yīng)的變化。 塑彈 主應(yīng)力空 單軸應(yīng)力－應(yīng)硬化規(guī)硬化規(guī)則硬化規(guī)則描述屈服面的變化（大小，中心，形狀）而導(dǎo)致塑性變硬化規(guī)則決定什么時(shí)候材料會(huì)隨加載或卸載再次屈這和彈性、完全理想塑性材料形成鮮明對(duì)比，因?yàn)檫@種材料不會(huì)現(xiàn)硬化現(xiàn)象。就是說(shuō)，屈服面保持固定塑加載厚度的屈服彈初始屈服各向同性硬各向同性硬化各向同性硬化表明在塑性變化時(shí)屈服表面均勻膨脹.術(shù)語(yǔ)‘各向同性’這里是指屈服面在所有方向上均勻膨脹，這有別于“各向同性”屈服準(zhǔn)則(從材料的角度）. 變形后面初始屈服

各向同性硬繪制應(yīng)力－應(yīng)變曲線可以方便的了解在加載和反向加載過(guò)程中的變化’

應(yīng)力－應(yīng)變的曲線表曲線形2種不同類(lèi)型的曲線表示 雙線 多線仿真中的塑性總在仿真中金屬塑性可以作為模型的一部分。但應(yīng)記住以下幾點(diǎn)金屬塑性處理彈性和非彈性（）變形.當(dāng)應(yīng)力高于屈服強(qiáng)度時(shí)就會(huì)發(fā)生非彈性或塑性變形。當(dāng)卸載后總會(huì)有可恢復(fù)的應(yīng)變(彈性應(yīng)變）.基于標(biāo)量數(shù)據(jù)的應(yīng)力－應(yīng)變曲線通常來(lái)自單軸試驗(yàn)。而系統(tǒng)有可能承受多軸應(yīng)力狀態(tài),因此在仿真中利用Miss屈服準(zhǔn)則通過(guò)標(biāo)量試驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)近似多軸應(yīng)力狀態(tài)。在這中情況下，因該提供真實(shí)的應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù).當(dāng)屈服發(fā)生后，由于應(yīng)變硬化屈服點(diǎn)有可能會(huì)提高。這就改變了服面，同時(shí)它在仿真中的發(fā)展取決于各向同性硬化假應(yīng)力－應(yīng)變曲線可以表現(xiàn)為雙線性或多線性曲塑性分析實(shí)作業(yè)：考慮金屬塑性的大變形分目標(biāo)：比較和對(duì)比針對(duì)同一模型所進(jìn)行的小變形、大變形和考慮金屬性的大變形分析結(jié)果裝配–實(shí)體接當(dāng)輸入實(shí)體的組合體時(shí)，兩個(gè)實(shí)體之間自動(dòng)生成接觸面對(duì)面接觸允許在兩個(gè)實(shí)體邊界上的不匹配的單元?jiǎng)澯脩艨梢栽凇癈ontact”菜單下，指定探測(cè)自動(dòng)接觸距離的滑塊來(lái)裝配–實(shí)體接四種接觸類(lèi)型可供選擇Contact1No1綁定的和不分離的接觸是最基礎(chǔ)的線性行為，僅僅需要一次迭 無(wú)摩擦以及粗糙接觸是非線性行為，需要多次迭代。但是，需要注意的是仍然利用了小變形理論的假設(shè)。定“ActualGeometry(andSpecifiedOffset)”或“AdjustedtoTouch”，其中允許用戶調(diào)整ANSYS模型的間隙到‘剛剛接位置。裝配–實(shí)體接對(duì)于高級(jí)用戶，接觸的另外一些選項(xiàng)可以進(jìn)行修改方程式可以PurePenalty”修改到“AugmentedLagrangeMPC”.“MPC”僅僅適用于綁定的接“AugmentedLagrange應(yīng)用于規(guī)則ANSYS模型在綁定的接觸中，純粹的罰函數(shù)法可以想象為在接觸面間施加了十分大的剛度系數(shù)來(lái)相對(duì)滑動(dòng)。這個(gè)結(jié)果是在接觸面間的相對(duì)滑動(dòng)可以忽略的情況下得到的。MPC方程當(dāng)中對(duì)接觸面間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)定義了約束裝配–實(shí)體接以下是ANSYS中接觸算法的總結(jié)NormalTangentialNormalTangentialContact0Augmented12MPCor--3Lagrange-4LagrangeLagrange--裝配–實(shí)體接Inthiscase,thegapbetweenthetwopartsisbiggerInthiscase,thegapbetweenthetwopartsisbiggerthanthepinballregion,sonoautomaticgapclosurewillbeperformed.pinballregion置pinballregion置。而超出pinballregion范圍之外的為開(kāi)放式接觸最初，pinballgion作為十分有效的接觸探對(duì)于綁定或者不分離的接觸，假如間隙或者滲透小于pinballgion，則間隙/滲透自動(dòng)被刪除。載荷方在大變形分析中，注意載荷的方向及其對(duì)結(jié)構(gòu)的作用是很重要變形前的方 變形后的方加速度（恒定方向（恒定方向）壓力（表面螺栓預(yù)緊載在ANSYSStructural中可得到螺栓預(yù)緊載荷螺栓預(yù)緊載荷施加于單個(gè)圓柱表面每個(gè)載荷必須被施加于僅一組圓柱面對(duì)多個(gè)載荷，要添加各個(gè)螺栓預(yù)緊載荷分通常，在“Detailsview”中要輸入一個(gè)預(yù)加載非線性求DS通過(guò)自動(dòng)確定載荷步數(shù)、子步數(shù)以及平衡迭代等，自動(dòng)進(jìn)行非線性這樣，用戶就不必?fù)?dān)心如何設(shè)置這些參數(shù)。但是，在處理非線性求在分析過(guò)程中，如DS出現(xiàn)收斂，將會(huì)自動(dòng)二分求解這意味DS將以更小的增量施加載（的子步），通常這對(duì)收斂問(wèn)題很有效，因?yàn)楫?dāng)施加一個(gè)很小的載荷時(shí)應(yīng)會(huì)更容易收斂。最后將求解最終的總載非線性求載荷步數(shù)通常設(shè)為如果存在螺栓預(yù)緊載荷，將有2個(gè)載荷對(duì)熱－應(yīng)力分析，首先單獨(dú)進(jìn)行熱分析，因此這部分就不再認(rèn)為是一個(gè)載荷因?yàn)樗鼘儆诓煌姆治鲱?lèi)型。初始子步數(shù)通常也設(shè)為如