结构非线性分析
第二章开始结构非线性分析
2.1 在ANSYS中执行非线性分析
ANSYS应用基于问题物理特性的自动求解控制方法，把各种非线性分析控制参数设置到合适的值。如果用户对这些设置不满意，还可以手工设置。下列命令的缺省设置已进行了优化处理：
AUTOTS PRED MONITOR
DELTIM NROPT NEQIT
NSUBST TINTP SSTIF
CNVTOL CUTCONTROL KBC
LNSRCH OPNCONTROL EQSLV
ARCLEN CDWRITE LSWRITE
这些命令及其设置在将在后面讨论。参见《ANSYS Commands Reference》。
如果用户选择自己的设置而不是ANSYS的缺省设置，或希望用以前版本的ANSYS的输入列表，则可用/SOLU模块的 SOLCONTROL，OFF命令，或在/BATCH 命令后用/ CONFIG，NLCONTROL，OFF命令。参见 SOLCONTROL命令的详细描述。
ANSYS对下面的分析激活自动求解控制：
单场的非线性或瞬态结构以及固体力学分析，在求解自由度为UX、UY、UZ、ROTX、ROTY、ROTZ的结合时；
单场的非线性或瞬态热分析，在求解自由度为TEMP时；
注意--本章后面讨论的求解控制对话框，不能对热分析做设置。用户必须应用标准的ANSYS求解命令或GUI来设置。
2.2 非线性静态分析步骤
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。只是在非线形分析的过程中，添加了需要的非线形特性。
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，处理流程主要由以下主要步骤组成：
建模；
设置求解控制；
设置附加求解控制；
加载；
求解；
考察结果。
2.2.1 建模
这一步对线性和非线性分析基本上是一样的，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，参考§4《材料非线性分析》，和§6.1《单元非线性》。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。参见《ANSYS Modeling and Meshing Guide》。
在ANSYS中建立了模型后，应该设置求解控制(分析类型、分析选项、荷载步等)选项，施加荷载，最后求解。非线性分析与线性分析的不同之处是，前者需要许多荷载增量，并且总是需要平衡迭代。下面讨论一般过程。参见本章的例子。
2.2.2 设置求解控制
设置求解控制包括定义分析类型、设置分析的常用选项和指定荷载步选项。在做结构非线性静态分析时，可以应用求解控制对话框来设置。该对话框对许多非线性静态分析提供了缺省设置。这样，用户需要的设置降低到最少。求解控制框的缺省设置，基本上与§2.1所述的自动求解控制的设置相同。由于求解控制对话框是非线性静态分析的推荐工具，我们在下面将详细论述，如用户不想用这个对话框(GUI：Main Menu>Solution>-Analysis Type-Sol"n Control)，可以应用标准的ANSYS求解命令集或相应的菜单(GUI：Main Menu>
Solution>Unabridged Menu>option)。求解控制对话框的概况，见《ANSYS Basic Analysis Guide》§3.11。
注意--对于非线性结构完全瞬态分析，建议应用求解控制对话框，但并不是必须如此，见§2.3。
2.2.2.1 求解控制对话框—进入
选择(GUI：Main Menu>Solution>-Analysis Type-Sol"n Control)进入求解控制对话框。下面几节将论述这个求解对话框中的内容。对于其详细说明，可以在相应标签下，按HELP按钮进入帮助系统。
2.2.2.2 求解控制对话框--Basic标签
求解控制对话框共有五个标签，其中最基本的选项位于第一个标签上，其他标签依此提供更高级的控制。进入对话框后，缺省的标签就是 Basic标签。
Basic标签中的内容，提供了ANSYS分析所需要的最少设置。如果用户对Basic标签中的设置满意，就不必调整其他标签中的更高级的设置。在按OK按
钮以后，设置才作用于ANSYS数据库，并关闭对话框。
可用的Basic标签选项见表2-1。按HELP可得更多的说明。
表2-1
在非线性静态分析中的一些特殊考虑如下：
1、在设置 ANTYPE和 NLGEOM时，如果是执行新的分析，选择"Large Displacement Static"，但要记住并不是所有的非线性分析都产生大变形，见§3。如果想重启动一个已失败的非线性分析，选择"Restart Gurrent Analysis"。在第1荷载步以后(即在首次运行 SOLVE命令后)，用户不能改变这个设置。通常用户要作一个新的分析，而不是重启动分析。重启动分析的讨论见《ANSYS Basic Analysis Guide》。
2、在进行时间设置时，记住这些选项可在任何荷载步改变。参见《ANSYS Basic Analysis Guide》§2。高级的时间/频率选项，参见§2.2.2.8。非线性分析要求在一个时间步上有多个子步，以使ANSYS能够逐渐地施加荷载，并取得精确解。 NSUBST 和DELTIM 命令产生相同的效果(建立荷载步的开始、最小和最大时间步)，但互为倒数。 NSUBST 定义一个荷载步上的子步数，而 DECTIM 显式地定义时间步大小。如果自动时间步[AUTOTS]关闭，则起始子步大小用于整个荷载步。
3、 OUTRES控制结果文件(Jobname.RST)中的数据。缺省时，在非线性分析中把最后一个子步的结果写入此文件。结果文件只能写入1000个结果集(子步)，但用户可以用 / CONFIG，NRES 命令来增大这一限值，参见《ANSYS Basic Analysis Guide》。
2.2.2.3 求解控制对话框--Transient标签
这个标签的内容是瞬态分析控制，只有在Basic标签中选择了瞬态分析时这个标签才能应用，否则呈灰色。所以在这里不论述，参见§2.3。
2.2.2.4 求解控制对话框--Sol"n Options标签
这个标签设置的选项见表2-2。按本标签的HELP可得到更多的说明。
表2-2
2.2.2.5 求解控制对话框--Nonlinear标签
用Nonlinear标签设置的选项见表2-3。按HELP按钮进入帮助系统可得到更多的说明。
表2-3
2.2.2.6 求解控制对话框--Advanced NL标签
用 Advanced NL 标签设置的选项见表2-4。按HELP按钮进入帮助系统可得到更多的说明。
表2-4
2.2.2.7 求解控制对话框--设置其他高级分析选项
2.2.2.7.1 方程求解器
ANSYS的自动求解控制在大多数情况下，激活稀疏矩阵直接求解器(EQSLV，SPARSE)。这是缺省的求解器，除了在子结构分析的生成步骤外(这时用波前直接求解器)。其他选项包括波前直接求解器和PCG求解器。对于实体单元(如SOLID92或SOLID45)，使用PCG求解器可能更快，尤其是在三维模型中。
如果用户采用PCG求解器，可以考虑用 MSAVE命令降低内存应用。 MSAVE 命令对于线性材料特性的SOLID92单元，触发单元方法。为了应用这一命令，必须是小应变(NLGEOM,OFF)静力或完全瞬态分析。模型中不符合上述条件的其他部分，应用总体集成刚度矩阵来求解。对于符合上述条件的模型部分，用MSAVE,ON 可能可节省70%的内存，但求解时间可能增加，这与计算机的配置和CPU速度有关。
与ANSYS中的迭代求解器不同，稀疏矩阵求解器是一个强大的求解器。虽然PCG求解器能够求解不定矩阵方程，但在它碰到一个病态矩阵时，如果不能收敛，求解器将迭代至指定的迭代次数后停止迭代。在发生这种问题时，它触发二分。在完成二分后，如果矩阵是良态的，求解器继续求解。最后整个非线性荷载步可以得到求解。
在结构非线性分析中，选择稀疏矩阵求解器，还是选择PCG求解器，可参照下面的建议：
1、如果是梁、壳或者梁、壳、实体结构，选择稀疏矩阵求解器；
2、如果是三维结构，而且自由度数相对较大(200000个自由度或以上)，选择PCG求解器；
3、如果问题是病态(由不良单元形状引起)，或在模型的不同区域材料特性相差巨大，或者位移边界条件不足，选择稀疏矩阵求解器。
2.2.2.8 求解控制对话框--设置其他高级荷载步选项
2.2.2.8.1 自动时间步
ANSYS的自动求解控制打开自动时间步长[AUTOTS，ON]。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。
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。
2.2.2.8.2 收敛准则
程序将连续进行平衡迭代直到满足收敛准则[ CNVTOL ](或者直到达到允许的平衡迭代的最大次数〔 NEQIT〕。如果缺省的收敛准则不满意，可以自己定义收敛准则。
ANSYS的自动求解控制应用等于0.5%的力(或力矩)的L2-范数容限(TOLER)，这对于大部分情况合适。在大多数情况下，除了进行力范数的检查外，还进行TOLER等于5%的位移L2-范数的检查。
缺省时，程序将通过比较不平衡力的平方和的平方根（SRSS）与
VALUE×TOLER的值来检查力(在包括转动自由度时，还有力矩)的收敛。 VALUE 的缺省值是所加载荷(或在施加位移时，Netwton-Raphson回复力)的SRSS，或MINREF(其缺省为0.001)，取较大者。如果 SOLCONTROL，OFF，则对于力的收敛， TOLER的缺省值是0.001，而 MINREF的缺省为1.0。
用户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(Δu)
上，Δu =u
i -u
i-1
。
注意─如果用户明确地定义了任何收敛准则[CNVTOL]，缺省准则将失效。因此，如果用户定义了位移收敛检查，用户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)。
使用严格的收敛准则将提高用户的结果的精度，但以更多次的平衡迭代为代价。如果用户想紧缩(或放松－但不推荐)收敛准则，用户应当改变 TOLER一到两个数量级。一般地，用户应当继续使用VALUE的缺省值；也就是，通过调整
TOLER，而不是VALUE，来改变收敛准则。用户应当确保MINREF=0.001的缺省值在用户的分析范围内有意义。如果应用某一单位系统，使荷载变得十分小，可能需要指定较小的MINREF值。
在非线性分析中，不推荐把两个或多个不相连的结构放在一起分析，因为收敛检查试图把这些彼此不相连的结构联系起来，通常会产生不希望的残余力。
在单一和多自由度系统中检查收敛
要在单自由度系统中检查收敛，用户对这一个自由度计算出不平衡力，然后将这个值与给定的收敛准则(VALUE×TOLER)比较 (同样也可以对单自由度的位移或旋转收敛进行类似的检查)。然而，在多自由度系统中，用户也许想使用不同的比较方法。
ANSYS程序提供三种不同的矢量范数用于收敛检查：
无穷范数在用户模型中的每一个自由度处重复单－自由度检查；
L1范数将收敛准则同所有自由度的不平衡力(或力矩)的绝对值的总和相比较；
L2范数使用所有自由度不平衡力(或力矩)的SRSS进行收敛检查。当然，对于位移收敛检查，可以执行附加的L1、L2检查。
实例
对于下面例子，如果不平衡力(在每一个自由度处单独检查)小于或等于5000×0.0005(也就是2.5)，且如果位移的改变(以SRSS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，5000，0.0005，0
CNVTOL，U，10，0.001，2
2.2.2.8.3 平衡迭代的最大次数
ANSYS的自动求解控制把NEQIT的值，根据问题的物理特性，设置为15到26次平衡迭代。应用小时间步，可减少二次收敛迭代次数。
这个选项限制了一个子步中进行的最大平衡迭代次数(如关闭求解控制，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，依据用户在 NCNV命令中发出的指示。
2.2.2.8.4 预测─修正选项
如不存在梁或壳单元，ANSYS的自动求解控制设置 PRED，ON。如果当前子步的步长大大减小，PRED将关闭。对于瞬态分析，将关闭预测选项。
对于每一个子步的第一次平衡迭代，用户可以激活自由度求解的预测。这个特点将加速收敛，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。在大转动分析中，预测可能引起发散，因而不推荐使用。
2.2.2.8.5 线性搜索选项
ANSYS的自动求解控制，将根据需要关闭或打开线性搜索。对大多数接触问题， LNSRCH打开。对大多数非接触问题， LNSRCH关闭。
这个收敛增强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。因为线性搜索算法是用来对自适应下降选项[ NROPT ]进行的替代，如果线性搜索选项是开，自适应下降不被自动激活。不建议用户同时激活线性搜索和自适应下降。
当存在强制位移时，只有至少有一次迭代的线性搜索值为1，计算才可以收敛。ANSYS调节整个ΔU矢量，包括强制位移值，否则，除了强制自由度处以外，一个小的位移值将随处发生。直到迭代中的某一次具有1的线性搜索值，ANSYS 才施加全部位移值。
2.2.2.8.6 步长缩减准则
为了更好地控制时间步长上的二分和缩减，应用[ CUTCONTROL，
Lab ,VALUE,Option]。缺省时，对于 Lab =PLSLIMIT(最大塑性应变增量极限)，VALUE设置为15%。设这么大的值，是为避免由高塑性应变引起的不必要的二分，因为高塑性应变可能是由用户并不感兴趣的局部奇异引起。对于显式蠕变(Option=0),Lab=CRPLIM(蠕变增量极限)，VALUE设置为10%。这对蠕变分析是一个合理的极限。对于隐式蠕变(Option=1),缺省为无最大蠕变准则。但是用户可以指定蠕变率控制。对于二阶动力方程，每个周期的点数(Lab=NPOINT)，缺省为VALUE=13，这样可以很小的代价获得有效精度。
2.2.3 设置附加求解选项
本节论述的选项，不出现在求解对话框中。这些选项的缺省值，一般很少需要改变。
2.2.
3.1 求解控制对话框不能设置的高级分析选项
2.2.
3.1.1 应力刚化效应
为了考虑屈曲、分叉行为，ANSYS在所有几何非线性分析中，包括了应力刚化。如果用户有信心放弃这种效应，则可以关闭应力刚化效应( SSTIF，OFF)。在一些单元中，这个命令无作用，见《ANSYS Elements Reference》。
命令： SSTIF
GUI：Main Menu>Solution>Unabridged Menu>Analysis Options
2.2.
3.1.2 牛顿－拉普森选项
在存在非线性时，ANSYS的自动求解控制将应用自适应下降关闭的完全牛顿－拉普森选项。但在应用点-点，点-面接触单元的摩擦接触分析中，自适应下降功能是自动打开的（如CONTAC12、CONTAC48、CONTAC49、CONTAC52单元）。下伏接触单元需要自适应下降才能收敛。
命令： NROPT
GUI：Main Menu>Solution>Unabridged Menu>Analysis Options
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。如果用户不想采用缺省值，可以指定这些值中的一个：
·程序选择(NROPT,ANTO)：程序基于用户模型中存在的非线性种类选用这些选项中的一个。需要时牛顿－拉普森方法将自动激活自适应下降。
·完全牛顿－拉普森法(NROPT,FULL)；程序使用完全的牛顿－拉普森方法。在这种处理方法中，每进行一次平衡迭代，就修改刚度矩阵一次。
如果自适应下降是打开(可选)，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，但它只支持《ANSYS Element Reference》中由单元输入
汇总表中的“Special Features”指明的单元(见《ANSYS Element
Reference》表4.n.1，其中n为单元编号)。
·修正的牛顿－拉普森法(NROPT,MODI)：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
不可用。
·初始刚度牛顿－拉普森法( NROPT ,INIT)：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。自适应下降不可用。
·不对称矩阵完全牛顿－拉普森方法 ( NROPT ,UNSYM)：应用完全牛顿－拉普森方法，刚度矩阵在每一次平衡迭代中都修正。此外，它生成并使
用在下面任何一种情况中可以应用的不对称矩阵：
如用户在运行压力产生的破坏分析，不对称的压力荷载刚度可能有助
于取得收敛。可应用SOLCONTROL ,INCP 命令来包括荷载刚度。
如果应用TB ,USER 命令定义不对称材料模型，则需要用
NROPT ,UNSYM 命令来充分应用所定义的特性。
如进行接触分析，不对称接触刚度矩阵可以完全地耦合滑动和法向刚
度。见§5.4。
用户应首先试验NROPT ,FULL 命令；然后如果收敛困难的话，再试验
NROPT,UNSYM 命令。注意，应用不对称求解器需要比对称求解器更多的
计算机时间。
·如果模型有多态单元，则将在状态改变时进行叠代修正，而不管牛顿－拉普森选项设置如何。
2.2.
3.2 求解控制对话框不能设置的高级荷载步选项
2.2.
3.2.1 蠕变准则
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[CRPLIM, CRCR , Option ](如果自动时间步长[ AUTOTS ]关闭，蠕变准则无效)。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Δε
cr
)对弹性应变ε
el
的比值。如果最大比值比判据 CRCR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，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)。对于显式蠕变( OPTION =0)，
如果比值Δε
cr/ε
el
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来避免[ DELTIM和NSUBST ]。对于隐式蠕变( OPTION =1)，缺省无最大蠕变极限，但用户可以指定任意的蠕变率控制。
命令： CRPLIM
GUI：Main Menu>Solution>Unabridged Menu>-Load Step Opts-
Nonlinear>Creep Criterion
注意 --如果在分析中不需要包括蠕变效应，则应用RATE命令及
Option=OFF，或把时间步设置成比前一个时间步长些，但不大于1.0e-6。
2.2.
3.2.2 时间步开放控制
这个选项可用于热分析(记住用户不能通过求解控制对话框来设置热分析选项，必须用ANSYS标准命令集或相应菜单来设置)。这个选项的主要应用是最终温度达到稳态的非稳态热分析。在这种情况下，时间步可很快开放。其缺省值是，如果TEMP增量在三个连续子步中小于0.1(NUMSTEP=3)，则时间步大小可以为“开放”(缺省值=0.1)。然后时间步被连续增加以加快求解效率，。
命令： OPNCONTROL
GUI：Main Menu>Solution>Unabridged Menu>-Load Step Opts-
Nonlinear>Open Control
2.2.
3.2.3 求解监视
这个选项为监视指定节点上的指定自由度的求解值提供了方便。这个命令为用户快速观察求解收敛效率提供了可能，而不必通过冗长的输出文件来取得这些信息。例如，在一个子步上尝试次数过大，这个文件包含的信息将提供指示：要么降低初始时间步，要么增加最小的子步数，这可通过NSUBST命令来避免二分次数过多。
命令： MONITOR
GUI：Main Menu>Solution>Unabridged Menu>-Load Step
Opts-Nonlinear>Monitor
2.2.
3.2.4 激活和杀死选项
根据需要指定“生”、“死”选项。对选定的单元，可以“杀死”[EKILL]和“激活”[ EALIVE ]，以模拟在结构中移走或添加材料。作为标准的“生”、“死”方法以外的另一个方法，用户可以对所选择的单元在荷载步之间改变材料特性[ MPCHG ]。
命令： EKILL
EALIVE
GUI：Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Other>Kill Elements
Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Other>Activate Elem
程序通过用一个非常小的数(它由ESTIF 命令设置)乘以它的刚度并从总质量矩阵消去它的质量来“杀死”一个单元。对杀死单元的单元载荷(压力、热通量、热应变等等)同样地设置为零。用户需要在前处理中定义所有可能的单元，用户不可能在SOLUTION中产生新的单元。
要在用户的分析的后面阶段中“激活”的那些单元，在第一个载荷步前应当被“杀死”，然后在适当的载荷步的开始被重新“激活”。当单元被重新“激活”时，它们具有零应变状态，且(如果NLGEOM ,ON )它们的几何构形(长度、面积等等) 被修改来与它们现在变形后的位置相适应。参见《ANSYS Advanced Analysis Techniques Guide》。
另一个在求解过程中影响单元行为的方法是修改选定单元的材料特性：
命令： MPCHG
GUI：Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Other>Change Mat
Props>Change Mat Num
注意 --应用[MPCHG]是要注意。在求解期间改变它的材料性质参考号，可能产生不希望的结果，特别是如果用户改变材料非线性特性[ TB ]。
2.2.
3.2.5 输出控制选项
除了可以通过求解控制对话框可以设置的OUTRES外，用户还可以设置其他输出选项。
命令： OUTPR
ERESX
GUI：Main Menu>Solution>Unabridged Menu>-Load Step Opts-Output
Ctrls>Solu Printout
Main Menu>Solution>Unabridged Menu>-Load Step Opts-Output
Ctrls>Integration Pt
打印输出选项[ OUTPR ]可在输出文件( Jobname . OUT )中包括所想要的任何结果数据。
结果外推[ ERESX ]拷贝一个单元的积分点应力和弹性应变结果到结点来替代外推，如果在单元中存在非线性(塑性、蠕变、膨胀)的话。积分点非线性应变总是被拷贝到结点。
参见《ANSYS Basic Analysis Guide》§2。
2.2.4 施加荷载
在这一步把荷载施加到模型中，参见《ANSYS Basic Analysis Guide》§2。记住惯性荷载和点荷载将保持方向不变，但表面荷载在大变形分析中将跟随结构的变形而变化。用户可以定义一维数据表(TABLE类型的数组参数)来施加复杂边界条件。
2.2.5 求解
1、把数据库保存为一个文件。
命令： SAVE
GUI：Utility Menu>File>Save as
2、求解
命令： SOLVE
GUI：Main Menu>Solution>-Solve-Current LS
3、如用户定义了多个荷载步，则必须指定时间设置、荷载步选项等，然后保存和求解每个附加的荷载步。参见《ANSYS Basic Analysis Guide》。
4、退出求解器
命令： FINISH
GUI：关闭求解菜单
2.2.6 考察结果
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。可以用通用后处理器POST1，或者时间历程后处理器POST26，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。
2.2.6.1 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。
2.2.6.2 用POST1考察结果
1、检查用户的输出文件( Jobname.OUT )是否在所有的子步分析都收敛。
如果不收敛，用户可能不想进行后处理，而是想确定为什么收敛失败。
如果用户的解收敛，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库中，发出RESUME 命令。
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，然而不能依据时间来识别出弧长法结果。
命令： SET
GUI：Main Menn>General Postproc>Read Results-Load step
同样地用户可以使用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。用户同样地可以通过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ETABLE 命令对选出的单元进行后处理，见《ANSYS Commands Reference》
警告：如果用户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2-1)。因此，对于非线性分析，通常用户应当在一个精确地对应于要求子步的TIME处进行后处理。
图2-1 非线性结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
1)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[ DSCALE，，1]。
2)等值线显示
命令： PLNSOL或PLESOL
GUI：Main Menu>General Postproc>Plot Results>-Contour Plot-
Nodal Solu 或 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，或者由于邻近的单元的死活属性不同而产生)，用户应当注意避免结果中的结点应力平均错误。
PLNSOL 和PLESOL 命令的 KUND域使用户可以在原始图形上叠加变形图。
同样地用户可以绘制单元表数据和线单元数据的等值线：
命令： PLETAB， PLLS
GUIS：Main Menu>General Postproc>Element Table>Plot Element Table
Main Menu>General Postproc>Plot Results>-Contour Plot-Line Elem Res
使用PLETAB 命令来绘制单元表数据的等值线，用PLLS 命令来绘制线单元数据的等值线。
3)列表
命令： PRNSOL (结点结果)，
PRESOL (结果)，
PRRSOL (反作用力数据)
PRETAB
PRITER (子步总计数据)等等。
NSORT
ESORT
GUIS：Main Menu>General Postproc>List Results>Nodal Solution
Main Menu>General Postproc>List Results>Element Solution
Main Menu>General Postproc>List Results>Reaction Solution
使用 NSORT和 ESORT命令在将数据列表前对它们进行排序。
4)其它的性能
在POST1中还可用许多其它的后处理功能(如在路径上映射结果，记录参量列表，等等)，见《ANSYS Basic Analysis Guide》。对于非线性分析，载荷工况组合通常是无效的。
2.2.6.3 用POST26考察结果
用户可以使用时间─历程后处理器POST26来考察非线性结构的载荷─历程响应。使用POST26比较一个ANSYS变量对另一个变量的关系。例如，用户可以用图形表示某一结点处的位移与对应的所加载荷的关系，或者用户可以列出某一结点处的塑性应变和对应的TIME值之间的关系。典型的POST26后处理顺序可以遵循这些步骤：
1、根据用户的输出文件(Jobname.OUT)检查是否在所有要求的载荷步内分析都收敛。用户不应当将设计决策建立在不收敛结果的基础上。
2、如果用户的解收敛，进入POST26，如果用户的模型不在数据库内，发出 RESUME命令。
命令：/ POST26
GUI：Main Menu>TimeHist Postpro
3、定义在后处理期间使用的变量
命令： NSOL，ESOL，RFORCE
GUI：Main Menu>Time Hist Postproc>Define Variables
4、图形或者列表显示变量
命令： PLVAR (图形表示变量)， PRVAR， EXTREM (列表变量)
GUIS：Main Menu>Time Hist Postprac>Graph Variable S
Main Menu>Time Hist Postproc>List Variables
Main Menu>Time Hist Postproc>List Extremes
5、其它的性能
许多其它的后处理函数可用于POST26，参考《ANSYS Basic Analysis Guide》§6。此外还可参见 NLGEOM,SSTIF,NROPT,TIME,NSUBST,AUTOTS,KBC, CNVTOL,NEQIT, NCNV,PRED,OUTES和 SOLU命令的说明。
2.2.7 终止正在运行的工作,重起动
用户可以通过产生一个“abort”文件(Jobname.ABT)停止一个非线性分析，见《ANSYS Basic Analysis Guide》§3。一旦求解成功地完成，或者收敛失败发生，程序也将停止分析。
如果一个分析在终止前已成功地完成了一次或多次迭代，用户可以屡次重启动它。见《ANSYS Basic Analysis Guide》§3.16。
2.3 非线性瞬态分析步骤
许多需要进行非线性瞬态分析的任务，与非线性静力分析(参见§2.2)和线性完全瞬态分析相同或相似。本节论述非线瞬态分析的一些附加考虑。
请记住§2.2论述的求解控制对话框，不能应用于热分析的求解控制，只能应用标准的ANSYS命令集或菜单来进行热分析的设置。
2.3.1 建模
这一步骤与非线性静力分析相同，参见§2.2。但是，如果分析中包含时间的积分效应，则必须输入质量密度[ MP ,DENS]。如果需要，还可以定义与材料相关的结构阻尼[ MP ,DAMP]。
2.3.2 施加荷载和求解
1、指定瞬态分析类型，定义分析选项，与非线性静力分析相同：
新的分析或重启动[ ANTYPE ]
分析类型：瞬态[ ANTYPE ]
大变形效应[ NLGEOM ]
大位移瞬态(如果用求解控制对话框设置分析类型)。
2、施加荷载，并指定荷载步选项，这与线性完全瞬态动力分析中相同。瞬态时间历程通常需要多个荷载步，其中第1荷载步典型地用于建立初始条件，见《ANSYS Basic Analysis Guide》。此外，非线性静力分析中所用的一般的非线性、生和死、输出控制等，在非线性瞬态分析中也可应用。
在非线性瞬态分析中，时间必须大于0。
对于非线性瞬态分析，用户必须说明是阶梯荷载还是斜坡荷载[ KBC ]。见《ANSYS Basic Analysis Guide》对此的进一步论述。
命令： ALPHAD
BETAD
TIMINT
TINTP
GUI：Main Menu>Solution>-Analysis Type-Sol"n Control:Transient Tab Main Menu>Solution>Unabridged Menu>-Load Step Opts-Time/
Frequenc>Damping
Main Menu>Solution>Unabridged Menu>-Load Step Opts-Time/
Frequenc>Time Integration
动力选项解释：
⑴阻尼--Rayleigh阻尼常数用常数质量[ ALPHAD ]和刚度[ BETAD ]矩阵乘子定义。在非线性分析中，刚度可能激烈改变--除特殊情况外，不要应用BETAD。
⑵时间积分效应[ TIMINT ]。只在瞬态分析中，时间积分效应才缺省打开。对于蠕变、粘弹性、粘塑性、膨胀，应当关闭时间积分效应(也就是说明进行静力分析)。这些时间相关效应通常不包括在动力分析中，因为瞬态动力时间步，对于任何明显的长期变形来说，时间太短。
除了在运动学(刚体运动)分析中，用户应当很少需要调整瞬态积分参数[TINTP]--它对Newmark方程提供数值阻尼，参见《ANSYS Theory Reference》。ANSYS的自动求解控制，把缺省设为一个新的时间积分方案，对于应用一阶瞬态方程。这通常用于不稳定状态热问题(θ=1)(由SOLCONTROL ,ON 设置),这是反向 EULER 方案。它是无条件稳定的。对于象相变这样的高度非线性热问题，这种方案更有效。振荡极限容限缺省为0.0，以使响应的一阶特征值可用于更精确地决定一个新的时间步值。
注意 --如果用求解控制对话框设置求解控制，用户可在Transient标签中进入所有这些选项。
3、把各个荷载步的荷载数据写到荷载步文件中。
命令： LSWRITE
GUI：Main Menu>Solution>Write LS File
4、把数据库备份到一个命名文件中。
命令： SAVE
GUI：Utility Menu>File>Save As
5、开始求解。对于多荷载步的求解参见《ANSYS Basic Analysis Guide》§1。
命令： LSSOLVE
GUI：Main Menu>Solution>-Solve-From LS Files
6、在求解完所有荷载步后，退出求解。
命令： FINISH
GUI：关闭Solution菜单。
2.3.3 观察结果
与非线性静力分析一样，可以用POST1来处理某一时刻的结果，其使用方法也相同。再次提醒，应在进行后处理之前检查计算是否收敛。
时间历程后处理程序 POST26 的应用，也与非线性静力分析中基本相同，参见§2.2。其他有关内容，可参见《ANSYS Basic Analysis Guide》。
2.3.4 重启动
瞬态分析的重启动方法，与静力分析基本相同，请参见《ANSYS Basic Analysis Guide》§3.16。
2.4 非线性分析的提示和指南
2.4.1 着手非线性分析
花一些时间来认真研究并进行分析。这样可以避免许多与非线性分析有关的困难。下面的建议对用户应当有所帮助。
2.4.1.1 熟悉程序动作和结构行为
如果用户在以前未应用过某一种非线性特性，则应当在分析大型、复杂的模型之前，首先建立一个十分简单的模型(即只包含几个单元的模型)，并确保对其特性了解。
首先，对初步的简化模型，深入了解其结构行为。对于非线性静力分析
模型，一个初步的线性静力分析，也可以揭露模型在那个区域首先经
受非线性响应，在什么样的荷载水平下，这些非线性将起作用。对于
非线性瞬态分析，初步的梁、质量、弹簧模型，可以用最小代价提供
对结构的深入了解。初步的非线性静力、线性瞬态动力和/或模态分析，
也可帮助用户在进行最终的非线性瞬态动力分析前了解结构非线性响
应的各个方面的内容。
阅读和理解程序输出信息和警告信息。至少在对结果进行后处理前，要
确保问题是收敛的。对于路径相关问题，打印出来的平衡迭代记录在
帮助用户确定结果是否有效时是最重要的。
大跨度桥梁实用几何非线性分析.
大跨度桥梁实用几何非线性分析 一.引言．现代大跨度桥梁等工程结构的柔性特征已十分明显，对于这些结构考虑几何非线性的影响己必不可少。并且，计算机能力的大大提高也使得分析大型复杂结构的非线性问题成为可行。80年代国外对几何非线性问题的发展已相当完善［1，2］，国内在这方面也做了不少的工作［4－6］在工程结构几何非线性分析中，按照参考构形的不同可分为TL（Total Lagranrian) 法和UL（Updated Lagrangian)法[1]。后来，引入随转坐标系后又分别得出 CR（Co-rotational)-TL法和CR－LU法[2,3]，在工程中UL（或CR-UL）法应 用较多。以前的文献大都对结构的几何刚度矩阵进行了复杂而详细的推导。从文中的分析可以发现，结构几何刚度矩阵的精确与否并不实质性地影响迭代收敛的最终结果，求解几何非线性问题的关键在于如何由节点位移增量准确地计算出单元的内力增量，而这一点以前文献都没有提到过。因此，本文的重点放在论述单元内力增量的计算上。工程上很早就开始使用拖动坐标系来求解大跨度桥梁结构的大挠度问题，本文则把它应用到单元内力增量的计算中。从实质上说，这里的拖动坐标系与上面提到的随转坐标系没有区别。因此，在理论方法上，目前文中的方法可以归类到CR－UL法。但由于本文重点不在于详细介绍这种方法的理论体系，所以论述中均不再使用该名词。本文的目的主要是通过简化复杂的几何非线性分析方法，推广该方法在实际工程中的应用。二、非线性商限元求解过程对于工程结构的非线性问题，用有限元方法求解时的非线性平衡方程可写成以下的一般形式：Fs(δ）-P0（δ）=0 （l）其中，为节点的位移向量；Fs(δ)为结构的等效节点抗力向量，它随节点位移及单元内力而变化；PO（δ）为外荷载作用的等效节点荷载向量，为方便起见，这里暂时假定它不随节点位移而变化。由于式（l）中的等效节点抗力一般无法用节点位移显式表示，故不可能直接对非线性平衡方程进行求解。但实际结构的整体切向刚度容易得到，所以通常应用Newton-Raphson迭代方法求解该问题。结构的整体切向刚度矩阵KT可表示如下dPO＝KTdδ （2）式中，KT＝ KE十KG，其中KE 为结构的整体弹性刚度矩阵，KG为几何刚度矩阵。用混合Newton－Raphson迭代方法求解结构非线性问题的基本过程如下：(1）将等效节点荷载PO分成n 步，ΔP0＝PO／n，计算并组集结构的整体切向刚度矩阵，进入加载步循环；(2)求解节点位移增量；(3)计算各单元内力增量，修正单元内力；(4)更新节点坐标，计算节点不平衡力R；(5)判断节点不平衡力R是否小于允许值，如满足条件，则进入下一个加载步；如不满足条件，重新计算结构的整体切向刚度矩阵，用R代替ΔP0，回到第2步；(6）全部加载步完成之后，结束。从上述求解过程中可见，最为关键的一步是第3步，即由节点位移增量计算单元的内力增量。也可以说是由这一步决定了最终的收敛结果，以下将对此着重论述。其实结构的整体切向刚度矩阵对结果并无实质性的影响，修正的NetwRaphson方法正是利用这一点来节省迭代计算的时间。以前的文献对空间梁单元几何刚度矩阵的推导方面论述较多，都建立在一些假定的基础上，这里就不详细说明。考虑到结构的整体切向刚度矩阵精确与否并不改变最终结果，仅影响迭代收敛的速度，并且不是越精确的整体切向刚度矩阵迭代收敛越快。三、小应变时单元内力增百计算在一般情况下，工程结构的几何非线性都属于小应变大位移（大平移、大转动）问题。对于这类问题，单元内力增量的计算比较简单。平面梁单元是空间梁单元发展的基础，故这里先分析平面梁单元的情况。平面梁
混凝土结构非线性分析
姓 名：季敏 学 号：08 手机号： 第2章 混凝土强度准则 2.1 混凝土破坏曲面的特点及表述 2.1.1 混凝土的破坏类型及其特点 混凝土在复杂应力状态下的破坏比较复杂，如果从混凝土受力破坏机理来看，有两种最基本的破坏状态，即受拉型和受压型。受拉型破坏以直接产生横向拉断裂缝为特征，混凝土在裂缝的法向丧失强度而破坏。受压型破坏以混凝土中产生纵向劈裂裂缝、几乎在有方向都丧失强度而破坏。无论何种破坏，均是以混凝土单元达到极限承载力为标志。 判断混凝土材料是否已达破坏的准则，称为混凝土的破坏准则。从塑性理论的观点来看，混凝土的破坏准则（failure criteria of concrete ）就是混凝土的屈服条件或强度理论。由于混凝土材料的特殊、复杂而多变，至今还没有一个完整的混凝土强度理论，可以概括、分析和论证混凝土在各种条件的真实强度。因此，必须考虑用较简单的准则去反映问题的主要方面。目前仍把混凝土近似看成均质、各向同性的连续介质，如何可用连续介质力学分析。如果以主应力来表示，混凝土的破坏曲面可以用式（，其破坏与静水压力关系很大，所以其破坏曲面是以 σ1 =σ2=σ 3 为轴线为锥面，如图 2.1.2 混凝土破坏曲面的特点及其表述 图 σ 1 ， σ 2 ，σ3，取拉应力为正，正应力为负。空间中与各坐标轴保持等 距离的各点连线，称为静水压力轴（hydrostatic axis ）。静水压力轴上任意点的应力状态满足 σ1 = σ2 =σ 3 ，且任意点至坐标原点的距离均为σ 1 3 （或 σσ3233，）。静水压力轴通过坐标原点，且与各坐标轴的夹角相等，均为） （31cos 1 -=α。 混凝土破坏曲面的三维立体图不易绘制，更不便于分析和应用，所以通常用扁平面或拉压子午面上的平面图形来表示[图，（c ）]。与静水压力轴垂直的平面称为扁平面（deviatoric planes ）。三个主应力轴在扁平面上的投影各成120 角，不同静水压力下的扁平面包络线构成一组封闭曲线，形状呈有规律的变化[图π，π平面上的应力状态表示纯剪状态，无静水压力分量。拉压子午，拉压子午面（meridian planes ）为静水压力轴和一个主应力轴[图σ3，同时通过另两轴（σ 1 轴和 σ 2 轴）的等分线。拉压子午面与破坏曲面的交线分别称为拉、压子午线
ansys非线性分析指南
ANSYS 非线性分析指南(1) 基本过程 第一章结构静力分析 1. 1 结构分析概述 结构分析的定义： 结构分析是有限元分析方法最常用的一个应用领域。结构这个术语是一个广义的概念，它包括土木工程结构，如桥梁和建筑物；汽车结构，如车身、骨架；海洋结构，如船舶结构；航空结构，如飞机机身、机翼等，同时还包括机械零部件，如活塞传动轴等等。 在ANSYS 产品家族中有七种结构分析的类型，结构分析中计算得出的基 本未知量- 节点自由度，是位移；其他的一些未知量，如应变、应力和反力， 可通过节点位移导出。 七种结构分析的类型分别是： a. 静力分析- 用于求解静力载荷作用下结构的位移和应力等。静力分析 包括线性和非线性分析。而非线性分析涉及塑性、应力刚化、大变形、大应变、超弹性、接触面和蠕变，等。 b. 模态分析- 用于计算结构的固有频率和模态。 c. 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。 d. 瞬态动力分析- 用于计算结构在随时间任意变化的载荷作用下的响应，并且可计及上述提到的静力分析中所有的非线性性质。 e. 谱分析- 是模态分析的应用拓广，用于计算由于响应谱或PSD 输入 随机振动引起的应力和应变。 f. 屈曲分析- 用于计算屈曲载荷和确定屈曲模态，ANSYS 可进行线性特征值和非线性屈曲分析。 g. 显式动力分析- ANSYS/LS-DYNA可用于计算高度非线性动力学和复 杂的接触问题。 除了前面提到的七种分析类型，还有如下特殊的分析应用： ? 断裂力学 ? 复合材料 ? 疲劳分析
? p-Method 结构分析所用的单元：绝大多数的ANSYS 单元类型可用于结构分析。单元类型从简单的杆单元和梁单元一直到较为复杂的层合壳单元和大应变实体单元 1.2 结构线性静力分析 静力分析的定义： 静力分析计算在固定不变的载荷作用下结构的响应。它不考虑惯性和阻尼的影响，如结构受随时间变化载荷的情况。可是静力分析可以计算那些固定不变的惯性载荷对结构的影响，如重力和离心力；以及那些可以近似为等价静力作用的随时间变化载荷，如通常在许多建筑规范中所定义的等价静力风载和地震载荷。 静力分析中的载荷： 静力分析用于计算由那些不包括惯性和阻尼效应的载荷作用于结构或部件上引起的位移、应力、应变和力。固定不变的载荷和响应是一种假定，即假定载荷和结构的响应随时间的变化非常缓慢，静力分析所施加的载荷包括： ? - 外部施加的作用力和压力 ? - 稳态的惯性力如中力和离心力 ? - 位移载荷 ? - 温度载荷 线性静力分析和非线性静力分析 静力分析既可以是线性的也可以是非线性的。非线性静力分析包括所有的非线性类型：大变形、塑性、蠕变、应力刚化、接触、间隙单元、超弹性单元等，本节主要讨论线性静力分析，非线性静力分析在下一节中介绍。 线性静力分析的求解步骤 1 建模 2 施加载荷和边界条件求解 3 结果评价和分析
非线性结构分析word版
目录 非线性结构分析的定义 (1) 非线性行为的原因 (1) 非线性分析的重要信息 (3) 非线性分析中使用的命令 (8) 非线性分析步骤综述 (8) 第一步：建模 (9) 第二步：加载且得到解 (9) 第三步：考察结果 (16) 非线性分析例题（GUI方法） (20) 第一步：设置分析标题 (21) 第二步：定义单元类型 (21) 第三步：定义材料性质 (22) 第四步：定义双线性各向同性强化数据表 (22) 第五步：产生矩形 (22) 第六步：设置单元尺寸 (23) 第七步：划分网格 (23) 第八步：定义分析类型和选项 (23) 第九步：定义初始速度 (24) 第十步：施加约束 (24) 第十一步：设置载荷步选项 (24) 第十二步：求解 (25) 第十三步：确定柱体的应变 (25) 第十四步：画等值线 (26) 第十五步：用Post26定义变量 (26) 第十六步：计算随时间变化的速度 (26) 非线性分析例题（命令流方法） (27) 非线性结构分析
非线性结构的定义 在日常生活中,会经常遇到结构非线性。例如，无论何时用钉书针钉书，金属钉书钉将永久地弯曲成一个不同的形状。（看图1─1（a））如果你在一个木 架上放置重物，随着时间的迁移它将越来越下垂。（看图1─1（b））。当在 汽车或卡车上装货时，它的轮胎和下面路面间接触将随货物重量的啬而变化。（看图1─1（c））如果将上面例子所载荷变形曲线画出来,你将发现它们都显 示了非线性结构的基本特征--变化的结构刚性. 图1─1 非线性结构行为的普通例子 非线性行为的原因 引起结构非线性的原因很多，它可以被分成三种主要类型： 状态变化（包括接触） 许多普通结构的表现出一种与状态相关的非线性行为,例如，一根只能拉伸的电缆可能是松散的,也可能是绷紧的。轴承套可能是接触的,也可能是不接触的, 冻土可能是冻结的,也可能是融化的。这些系统的刚度由于系统状态的改变在不同的值之间突然变化。状态改变也许和载荷直接有关（如在电缆情况中），
ANSYS结构非线性分析指南连载四
ANSYS结构非线性分析指南连载四--第四章材料非线性分析 (二) (2014-04-27 10:47:15) 转载▼ 标签： it 4.3 超弹性分析 4.3.1 超弹理论 4.3.1.1 超弹的定义 一般工程材料（例如金属）的应力状态由一条弹塑性响应曲线来描述，而超弹性材料存在一个弹性势能函数，该函数是一个应变或变形张量的标量函数，而该标量函数对应变分量的导数就是相应的应力分量。 上式中：[S]＝第二皮奥拉－克希霍夫应力张量 W＝单位体积的应变能函数 [E]＝拉格朗日应变张量 拉格朗日应变可以由下式表达：[E]＝1/2（[C]-I） 其中：[I]是单位矩阵，[C]是有柯西－格林应变张量 其中[F]是变形梯度张量，其表达式为： x：变形后的节点位置矢量 X：初始的节点位置矢量 如果使用主拉伸方向作为变形梯度张量和柯西－格林变形张量的方向，则有： 其中： J=初始位置与最后位置的体积比 材料在第i个方向的拉伸率 在ANSYS程序中，我们假定超弹材料是各向同性的，在每个方向都有完全相同的材料特性，在这种情况下，我们既可以根据应变不变量写出应变能密度函数，也可以根据主拉伸率写出应变能密度函数。 应变不变量是一种与坐标系无关的应变表示法。使用它们就意味着材料被假定是各向同性的。Mooney －Rivlin和Blatz－Ko应变能密度函数都可以用应变不变量表示，应变不变量可以柯西－格林应变张量和主拉伸率表示出来：
一个根据应量不变量写出来的应变能密度函数如下： 为材料常数，上式是两个常数的Mooney－Rivlin应变能密度函数。 超弹材料可以承受十分大的弹性变形，百分之几百的应变是很普遍的，既然是纯弹性应变，因此超弹性材料的变形是保守行为，与加载路径无关。 4.3.1.2 不可压缩缩性 大多数超弹材料，特别是橡胶和橡胶类材料，都是几乎不可压缩的，泊松比接近于0.5，不可压缩材料在静水压力下不产生变形，几乎不可压缩材料的泊松比一般在0.48至0.5之间（不包含0.5），对这些材料，在单元公式中必须考虑不可压缩条件。在ANSYS程序中，不可压缩超弹单元修改了应变能密度函数，在单元中明确地包含了压力自由度。压力自由度使不可压缩条件得到满足，而不降低求解速度。压力自由度是一种内部自由度，被凝聚在单元内部。 4.3.1.3 超弹单元 有三种单元适合于模拟超弹性材料： 不可压缩单元有HYPE56，58，74和158，这些单元适用于模拟橡胶材料。 可压缩单元有HYPER84和86，HYPER84既可以是4节点矩形也可以是8节点矩形单元，这种单元主要用来模拟泡沫材料。 18X族单元(除LIMK和BEAM单元外，包括SHELL181, PLANE182,PLANE183,SOLID185,SOLID186,和SOLID187)。18X族单元消除了体积锁定，既适用于不可压材料，又适用于可压材料。参见《ANSYS Elements Reference》的“Mixed U-P Formulations”。 4.3.2 超弹材料选项 超弹性可用于分析橡胶类材料(elastomers)，这种材料可承受大应变和大位移，但体积改变极微(不可压缩)。这种分析需用到大应变理论[ NLGEOM ,ON]。图4-13是一个例子。 图4-13 超弹性结构 在ANSYS超弹性模型中，材料响应总是假设各向同性和等温性。由于这一假设，应变能势函数按应变不变量来表示。除非明确指出，超弹性材料还假设为几乎或完全不可压缩材料。材料热膨胀也假定为各向同性的。 ANSYS在模拟不可压缩或几乎不可压缩超弹性材料时，应变能势函数有几种选项。这些选项均适用于SHELL181,PLANE182, PLANE183, SOLID185, SOLID186, SOLID187 单元。可以通过TB ,HYPER 命令的 TBOPT参数进入这些选项。
钢筋混凝土梁非线性分析作业
钢筋混凝土梁非线性分析 主要内容 第一部分：荷载及梁的尺寸 第二部分：建模 第三部分：加载、求解 第四部分：计算结果及分析 第一部分：荷载及梁的尺寸 材料性能： 混凝土弹性模量E=25500MPa,泊松比ν=0.3,轴抗拉强度标准值为1.55MPa,单轴抗压强度定义为-1，则程序不考虑混凝土的压碎行为，关闭压碎开关。裂缝张开传递系数0.4,裂缝闭合传递系数1 。钢筋为双线形随动硬化材料，受拉钢筋弹性模量E=200000MPa, 泊松比ν=0.3,屈服应力=350MPa，受压钢筋以及箍筋E=200000MPa，,泊松比ν=0.3，屈服应力=200MPa。 第二部分：建模 由于对称约束，只需要建立1/2模型即可，在对称面上可以采用对称约束。建立好的模型见下图： (1)进入ANSYS，设置工程名称为RC-BEAM (2)定义分析类型为结构分析
(3)定义单元类型在单元库中选65号实体单元为二号单元，建立混凝土模型；选LINK8单元为一号单元，模拟钢筋模型；定义辅助网格单元MESH200及其形状选择。 1)钢筋混凝土有限元模型的合理选用 ①整体式 整体式有限元模型是将钢筋弥散于整个单元中，将加筋混凝土视为连续均匀材料，求出的是一个统一的刚度矩阵。该方法优点是建模方便，分析效率高;缺点是不适用于钢筋分布较不均匀的区域，且不易得到钢筋内力。主要用于钢筋混凝土板、剪力墙等有大量钢筋且钢筋分布较均匀的构件。 ②组合式 组合式有限元模型是将纵筋密集的区域设置为不同的体，使用带筋的SOLID65单元，而无纵筋区则设置为无筋SOLID65单元。这样就可以将钢筋区域缩小，接近真实的工程情况。这种模型假定钢筋和混凝土两者之间的相互粘接良好，没有相对滑移。在单元分析时，可分别求得混凝土和钢筋对刚度矩阵的贡献，组成一个复合的、单元刚度矩阵。 ③分离式 分离式有限元模型采用SOLID65来模拟混凝土，空间LINK8杆单元来模拟纵筋，这样的建模能够模拟混凝土的开裂、压坏现象及求得钢筋的应力，还可以对杆施加预应力来模拟预应力混凝土。钢筋单元与混凝土单元共用节点,以实现整体工作过程中自由度的耦合。缺点是建模比较复杂，单元较多，且容易出现应力集中拉坏混凝土的问题。 2)单元选取及其本构关系 对于混凝土材料模型，ANSYS可通过专门的单元类型SOLID65(三维钢筋混凝土实体单元)和专门的材料模型CONCRETE来实现;而混凝土结构中的钢筋的主要作用是承受轴向的拉力或压力,因此，钢筋单元可选用LINK8杆单元，材料采用随动硬化双线性弹塑性(Kinematic hardening plasticity)模型。这样，由实体单元SOLID65 和杆单元LINK8共同构成的钢筋混凝土模型能很好地反映钢筋混凝土的特性，模拟出其压碎及开裂的破坏过程。 2)．1混凝土单元 SOLID65单元具有八个节点，每个节点有三个自由度，即具有X、Y、Z三个方向的线位移;采用整体式模型时还可对三个方向的含筋情况进行定义。该实体模型可具有拉裂与压碎的性能。CONCRETE材料特性用的是William-Wamke 五参数破坏准则和拉应力准则的组合模式，可以自由定义混凝土开裂后裂缝张开和闭合时的剪力传递系数、混凝土的应力一应变关系以及混凝土的单向和多向拉压强度等。 混凝土采用William-Wamke五参数破坏准则，程序将根据SOLID单元8个积分点上的多轴应力状态和破坏准则判断材料发生何种破坏，如果使用ANSYS 中的塑性模型考虑混凝土材料的塑性行为，塑性只能发生在W-W五参数准则所定义的破坏面以内。一旦材料超出了破坏面，将进入破坏状态。前两个参数的取
结构非线性分析汇总
结构非线性分析理论 1.结构设计方法 结构设计方法从传统的容许应力设计法发展到了基于概率统计的极限状态 设计法。传统的容许应力设计法是基于线弹性理论，依照经验选取一定的安全系 数，以构件危险截面某一点的计算应力不超过材料的容许应力为准则，目前在某 些领域仍在使用。安全系数，是一个单一的根据经验确定的数值，没有考虑不同 结构之间的差异，不能保证不同结构具有同等的安全水平。此外，容许应力设计 法以弹性理论计算内力，对那些发展塑性变形能提高承载力的构件或结构(如受 弯构件)，比那些发展塑性变形不能提高承载力的构件或结构(如轴心受力构件) 具有较大的安全储备。 概率极限状态设计法是采用数理统计方法按照一定概率确定荷载或材料的 代表值，并给出结构的功能函数，用结构失效概率或可靠指标度量结构的可靠性。 《建筑结构可靠度设计统一标准》将极限状态分为两类：(1)承载能力极限状态， 是指结构或结构构件达到最大承载能力或不适于继续承载的变形；(2)正常使用 极限状态，是指结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值。结构 按极限状态设计应符合下列要求： ()0,21≥n X X X g （1.1） 式((1.1)中g(X i )为结构功能函数，X i (i =1， 2……n)为基本变量，是指影响该 结构功能的各种作用、材料性能、几何参数等。 目前我国结构设计规范基本都是采用以概率理论为基础的极限状态设计方 法，用分项系数设计表达式进行计算。美国的钢结构设计采用了两种设计方法： ASD(Allowable Stress Design)和LRFD(Load and Resistance Factor Design)，即容许 应力设计法和分项系数设计法，McCormac 指出LRFD 相比ASD ，并不一定节省材 料，虽然在很多情况下可以取得这样的效果，而在不同荷载作用下能给结构提供 等同的可靠性，对于活载和恒载，ASD 采用的安全系数是一样的，而LRFD 对恒 载则采用了一个较小的荷载系数(恒载比活载能更准确的确定)，也就是说如果恒 载大于活载，LRFD 比ASD 节省材料。
钢筋混凝土梁ansys非线性分析大作业
钢筋混凝土非线性分析2015大作业 1、参数选择 梁的截面宽度为200mm，上部配置2Φ8受压筋，混凝土的净保护层厚度为25 mm（从纵向钢筋外边缘算起），箍筋两端区采用8@100的双肢箍，中间区取8@200 双肢箍 1）梁的截面高度选300mm； 2）两加载间的距离选1000mm； 3）混凝土选C30； ； 4）纵向受拉钢筋配筋选218 2、描述选用的有限元模型及单元的特点 采用ansys软件进行模拟计算，钢筋混凝土模型采用分离式模型，不考虑钢筋与混凝土之间的相对滑移。 混凝土采用solid65单元模拟，solid65用于模拟三维有钢筋或无钢筋的混凝土模型。该单元能够计算拉裂和压碎。在混凝土应用中，该单元的实体功能可以用于建立混凝土模型，同时，还可用加筋功能建立钢筋混凝土模型。另外，该单元还可以应用于加强复合物和地质材料。该单元由八个节点定义，每个节点有三个自由度:节点坐标系的x，y，z方向的平动。至多可以定义三种不同规格的钢筋。 钢筋单元采用link180单元模拟，link180是一个适用于各类工程应用的三维杆单元。根据具体情况，该单元可以被看作桁架单元、索单元、链杆单元或弹簧单元等等。本单元是一个轴向拉伸一压缩单元，每个节点有三个自由度:节点坐标系的x，y，z方向的平动。本单元是一种顶端铰接结构，不考虑单元弯曲。本单元具有塑性、蠕变、旋转、大变形和大应变功能。缺省时，当考虑大变形时任何分析中LINK180单元都包括应力刚化选项。 3、描述选用的混凝土与钢筋粘结滑移本构关系的具体形式、参数等。
钢筋的应力应变关系曲线 考虑到极限塑性应变最大值为0.01,钢筋本构模型采用多线性模型kinh，初始弹性模量为Es=200000Mpa，强化系数为0.001。 混凝土的应力应变关系曲线 混凝土选用各向同性的miso模型，当计入下降端时，程序报错，所以只取了前面的上升段，用5段折线模拟混凝土应力应变曲线。 不考虑混凝土与钢筋之间的相对滑移 4、迭代方法和收敛标准。 使用修正的Newton-Raphson迭代方法进行求解。收敛标准采用位移来控制
混凝土结构抗震非线性分析模型_方法及算例
第 23卷增刊 II Vol. 23 Sup. II 工程力学 2006年 12 月 Dec. 2006 ENGINEERING MECHANICS 131 文章编号:1000-4750(2006Sup.II-0131-10 混凝土结构抗震非线性分析模型、方法及算例 *叶列平,陆新征,马千里,汪训流,缪志伟 (清华大学土木工程系,北京 100084 摘要 :结构在大震作用下会进入非线性并产生损伤,准确预测地震荷载下钢筋混凝土结构的非线性行为,对评 估混凝土结构的抗震安全性具有重要意义。清华大学土木工程系近年来开发的适用于钢筋混凝土杆系结构的纤维 模型 THUFIBER 程序,适用于预应力混凝土杆系结构的纤维模型 NAT-PPC 程序,以及适用于剪力墙结构的分层 壳墙元模型的非线性分析程序。这些程序可以直接将构件的非线性节点力 (轴力、剪力和弯矩、节点变形 (平动和 转动和材料的非线性应力 -应变行为联系起来,可以模拟各种复杂受力构件的滞回行为和轴力-双向弯曲-剪切 耦合行为,借助通用有限元程序方便的前后处理功能和非线性计算功能,该程序可以准确模拟地震作用下结构的 三维非线性地震响应,也可模拟爆炸、倒塌等极端非线性行为,通过一系列的数值分析与试验结果的对比和工程 应用算例,说明所研发程序的精度和计算能力。
关键词 :钢筋混凝土;地震;非线性;杆件;纤维模型;剪力墙;分层壳单元 中图分类号:TU375 文献标识码:A NONLINEAR ANALYTICAL MODELS, METHODS AND EXAMPLES FOR CONCRETE STRUCTURES SUBJECT TO EARTHQUAKE LOADING *YE Lie-ping, LU Xin-zheng, MA Qian-li, WANG Xun-liu, MIAO Zhi-wei (Department of Civil Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China Abstract: Structures may enter nonlinear stage in strong earthquake, precise prediction for the nonlinear behavior of reinforced concrete (RC structures in earthquake is important to assess the earthquake resistant safety of the structures. This paper presents the programs recently developed by the Civil Engineering Department of Tsinghua University, which include the fiber model THUFIBER for RC frames, the program NAT-PPC for prestressed concrete (PC frames, and the multi-layer shell element based shear wall program. These programs can connect the nonlinear nodal force/nodal displacement relationship of elements directly with the nonlinear stress/strain relationship of materials. Complicated cyclic behaviors and coupled axial force-biaixal bending-shear behaviors of RC structures can be correctly simulated. And furthermore, with the convenient pre/post processing and the nonlinear capacity of general finite element software, these programs not only can precisely simulate nonlinear seismic response of spatial strutures, but also can simulate some extreme nonlinear problems such as blast or collapse. The precision and the capacity of the programs are illustrated in this paper with a series of applications. Key words:reinforced concrete; seismic; nonlinear; beam-column element; fiber model; shear wall; multi-layer shell ———————————————— 收稿日期:2006-06-19
大跨度网壳结构的稳定性分析
大跨度网壳结构的稳定性分析 xx xxxx 摘要：空间结构是一种倍受瞩目的结构形式，其中网壳结构是近半个世纪以来发展最快、应用最广的空间结构之一。随着大跨度单层网壳结构的不断涌现，其结构重要性不言而喻，结构的稳定性问题尤为突出。本文主要介绍了网壳结构的稳定性问题并以某大跨度球类馆为工程实例，采用非线性有限元法针对承载力计算时的11种工况进行整体稳定计算，考虑了材料和几何非线性，对实际工程进行了第一类和第二类稳定分析，结果表明：该网壳结构的第一类稳定符合相关规范的要求；其第二类稳定性较差。因此，第二类稳定分析应该受到重视。 关键词：网壳结构；稳定性；非线性有限元；大跨度；稳定系数 STABILITY ANALYSIS OF LONG-SPAN LATTICED SHELLS xxx Department of Civil Engineering ,xxx Abstract: Space structure is a very attractive structure system, and the latticed shell is one of the furthest development and the most widely applied space structure in the recent half century. The stability analysis is the key problem in the design of latticed shells, especially in single-layer latticed shells. This paper introduces the stability of latticed shells and a long-span ball gymnasium is adopted as a practical work, and it is analyzed by nonlinear finite element method under the first and the second kinds of stability problems. The holistic calculation aimed at 11 conditions in bearing capacity, material and geometric nonlinearity are considered. The results show that the first kind of stability of this latticed shells accords with the requirements of correlative specifications; the second kind of stability is poorer. Therefore, the analysis of the second kind of stability should be paid attention.. Keywords: latticed shells; stability; nonlinear finite element; long-span; stability factor 1 前言 自20世纪以来，大跨度、大空间的建筑在世界各地得到了迅猛发展。平面结构从技术经济方面讲，很难跨越很大的空间，也很难满足建筑平面、空间和造型方面的要求。解决大跨度建筑结构最具有竞争性的结构就是空间结构，即在荷载作用下，具有三维受力特性并呈空间工作地结构。网壳结构作为空间网格结构的优秀代表，在过去半个多世纪得到了快速发展和广泛应用。它构造简单、轻型化、受力合理、造型优美等优点，深受建筑与结构工作人员的喜爱。 网壳结构是一种与平板网架类似的空间杆系结构，系以杆件为基础，按一定规律组成网格，按壳体结构布置的空间构架，它兼具杆系和壳体的性质。其传力特点主要是通过壳内两个方向的拉力、压力或剪力逐点传力。网壳结构又包括单层网壳结构、预应力网壳结构、板锥网壳结构、肋环型索承网壳结构、单层叉筒网壳结构等。网壳结构除广泛用于工业与民用建筑的屋盖和楼层外，还用于形态新颖、功能各异的特种结构，如：塑像骨架、标志结构、各种用途的整个球面网壳结构、高耸塔架、网架墙体、网架桥梁、装饰网架等。 对于网壳结构，稳定性分析是非常重要的，特别是单层网壳结构。稳定性分析的目的是
非线性收敛判断
一．何为收敛？在这里我引用一个会员的提问来解释这个问题： Q:结构非线性静力分析经常出现收敛这个词，如：收敛容限，收敛准则，收敛的解，位移收敛检验等，请解释，thanks! A: 个人是这样理解的 谈到收敛总会和稳定性联系在一起， 简单的说，就是在进行求解过程中的一些中间值的误差对于结果的影响的大小，当中间量的误差对于你的数值积分的结果没有产生影响，就说明你的积分方法是稳定的，最终你的 数值积分的结果就会收敛于精确解；当中间量的误差导致数值积分结果与精确解有很大的差别时，就说明你的方法稳定性不好，你的数值积分结果不会收敛于精确解。 我想当你对于稳定性和收敛的概念真正理解后，那些名词对于你来说，并不是问题，力学的问题最终都会和数学联系在一起，建议你看看数值积分方面的教程，学好了数学，力学对于你来说就是a piece of cake。 Q:那么说收不收敛，最终都是因为采用的计算方法和计算参数选取的问题了？ A: 就本人所学的专业来说，很大程度上取决于所采用的算法，我学的是结构工程，举个例子吧 :当在进行结构动力时程分析时，采用的几分方法有线性加速度法，威尔逊－theta法，对于线性加速度法，当时间步长大于周期的0.5倍时，计算结果很可能出现不收敛，而当时间步长小于0.1倍的周期时，才有可能获得稳定的计算结果；而威尔逊－theta法，实质上就是线性加速度法的修正形式，很多实例表明当theta值大于1.37时，这种算法是无条件稳定的。 当然影响计算结果是否收敛的原因有很多，比如初始条件，我所指的仅仅是我所学专业的一个问题的很小的一个方面。
A: 说白了，就是数学。 牵涉到实际的计算问题时，才发现数学实在是太有用了，不过可惜数学实在学得不好。 A: 收敛的问题，就好像你往水里扔一块石头激起的波浪，慢慢会平息下来，这就收敛了。计算的时候就是这样，数据在每次迭代的时候在精确解的周围震荡，最后无限趋向于精确解。我想学过级数的人就应该知道，里面就有个无穷级数的和收敛的问题。 数学真的非常重要，特别是研究做的比较深入以后，有些东西别人没做过，要靠自己推导，有些迭代方法也需要自己证明是否收敛，或者方法的可靠性等等，都需要比较扎实的数学基础。有时候想解决一个问题，却苦于没有数学工具，这让我觉得学校教育应该在现代数学的一些方面多做些介绍，至少应该让人大概知道一个问题应该朝哪个方面去想，就算不懂，学起来也有个方向。 A: 首先说明，我对收敛问题没有做过专门研究2，只是在学习中多次遇到，说说我对收敛的理解，当然，也提出点疑问。 1）收敛问题，是不是可以定义为当前解法中解是不是趋近于真实解的问题。 2）我觉得现在有一种，或者说一类方法，就是求问题数值解的问题。这类问题并不要求或难以求出解析解。对这类问题的一个解决思路是：假设初始解，通过目标函数对初始解进行反馈，调整，从而去接近于真实解或最优解。这类解法有一个重要的问题，就是下一步的解要比当前解更趋近于真实解的问题。我认为这就是收敛问题的由来。 希望大家批评指正！
网壳非线性分析安全系数
3D3S\sap200\midas gen 都可以做单层网壳的特征值屈曲分析，ANSYS 还可以做更加接近工程实际情况的非线性屈曲分析，来考虑初始缺陷请问各位老师, 网壳规程要求其承载力大于第一屈曲模态下力的5 倍，即k=5。 那么ansys 和3d3s 分析时如何查询这个K 值？ A: 1、过去k=5，如今的新规程已将k 取为4.2 。具体说明如下：确定系数K 时考虑到下列因素： (1) 荷载等外部作用和结构抗力的不确定性可能带来的不利影响； (2) 复杂结构稳定性分析中可能的不精确性和结构工作条件中的其他不利因素。 对于一般条件下的钢结构，第一个因素可用系数1.64 来考虑；第二个因素暂设用系数1.2 来考虑，则对于按弹塑性全过程分析求得的极限承载力，系数K 应取为1.64*1.2=2.0 。 对于按弹性全过程分析求得的极限承载力，系数K 中尚应考虑由于计算中未考虑材料弹塑性而带来的误差； 对单层球面网壳、柱面网壳和双曲扁网壳的系统分析表明，塑性折减系数cp(即弹塑性极限荷载与弹性极限荷载之比)从统计意义上可取为0.47 ，则系数K应取为1.64*1.2/0.47=4.2 。 对其它形状更为复杂的网壳无法作系统分析，对这类网壳和一些大型或特大
型网壳，宜进行弹塑性全过程分析。 2、假定设计载荷为2kN/m2，可给网壳施加约12kN/m2的载荷，通过载荷- 位移全过程曲线判断临界载荷，假如得出为10kN/m2，则其k=10/2=5。 ①单层网壳以及厚度小于跨度1/50 的双层网壳均应进行稳定性计算； ②网壳的稳定性可按考虑几何非线性的有限元法（荷载—位移全过程分析）进行计算，分析中可假定材料保持为弹性，也可考虑材料的弹塑性。对于大型和形状复杂的网壳结构宜采用考虑弹塑性的全过程分析方法； ③球面网壳的全过程分析可按满跨均布荷载进行，圆柱面网壳和椭圆抛物面网壳除考虑满跨均布荷载外，宜补充考虑半跨活荷载分布的情况。进行网壳全过程分析时应考虑初始曲面形状的安装偏差的影响，可采用结构的最低阶屈曲模态作为初始几何缺陷分布模态，其缺陷最大计算值可按网壳跨度的 1/300 取值；④按以上②和③条进行网壳结构全过程分析求得的第一个临界点处的荷载值，可作为该网壳的极限承载力。将极限承载力除以系数K 后， 即为按网壳稳定性确定的容许承载力（标准值）。对于按弹塑性全过程分析求得的极限承载力，系数K可取为2.0 。对于常见的单层球面网壳、柱面网壳和椭圆抛物面网壳按弹性全过程分析求得的极限承载力，系数K可取为 4.2 ； 首先请关注一下以上四条。 Q:用ansys 进行稳定性分析，一个是特征值屈曲分析，一个是非线性屈曲
钢筋混凝土非线性分析第一次大作业
Harbin Institute of Technology 钢筋混凝土结构非线性分 析课程作业 院系： 姓名： 学号: 时间： ?哈尔滨工业大学
基于Opensees 钢混柱结构滞回曲线比较分析 一、试验资料 本实验结构如下图所示，柱净高850mm ，截面尺寸为250*250mm mm ，采用40C 混凝土材料，受力纵筋采用335HRB ，箍筋采用235HPB 。柱子采用6根直径为12mm 的335HRB 级钢筋，柱身箍筋采用直径6mm 的235HPB 级钢筋，箍筋间距为50mm 。混凝土保护层厚度为25mm 。竖向施加760KN 荷载，轴压比为0.268。 混凝土强度： 钢筋力学性能：
试验测得的滞回曲线： 二、Opensees建模过程 1、主程序 wipe; source Units.tcl; source GeometricParameters.tcl; source Material.tcl; source FiberSection.tcl; source Elements.tcl; source RecorderRC.tcl; source PointGravityLoad.tcl; source Ex4.Portal2D.analyze.Static.Cycle.tcl; 2、定义量纲 set NT 1.0; set mm 1.0; set sec 1.0; set kN [expr 1000.0*$NT]; set MPa [expr 1.0*$NT/pow($mm,2)]; set m [expr 1000.0*$mm]; set mm2 [expr $mm*$mm]; set mm4 [expr $mm*$mm*$mm*$mm]; set cm [expr 10.0*$mm]; set PI [expr 2*asin(1.0)]; set Ubig 1.e10; set Usmall [expr 1/$Ubig]; puts "|| Units defined completely ||" 3、定义节点 model BasicBuilder -ndm 2 -ndf 3; node 1 0 0; # node#, X, Y node 2 0 $Lb;
浅谈斜拉桥的几何非线性
浅谈斜拉桥的几何非线性 摘要:本文针对斜拉桥的几何非线性进行分析。 关键词:极限状态；斜拉桥; 垂度效应；几何非线性 相对公路斜拉桥而言, 公铁两用斜拉桥的铁路列车活载大、运行速度高, 对结构稳定性、安全性要求较高. 目前, 世界上已建成的主跨400 m 以上的公铁两用斜拉桥仅4 座. 其中, 我国在建的武汉天兴洲长江大桥是最大主跨为504 m 的公铁斜拉桥. 目前, 对这种跨度大、荷载大, 具有一系列特殊的力学特性的斜拉桥的研究有限. 进行大跨度公铁斜拉桥非线性影响研究, 对于此种桥型的设计、施工及结构安全研究都具有十分重要的意义. 桥梁结构非线性分为材料非线性和几何非线性. 对正常使用阶段的斜拉桥, 一般不允许出现塑性变形, 结构处于几何非线性工作状态. 本文以几何非线性影响研究为主, 考虑材料屈服强度和极限强度, 分析结构在极限状态下的静力响应. 计算方法 1. 1分析模型 对大跨度斜拉桥来说, 几何非线性效应非常显著[ 1-2] , 在设计分析中必须考虑. 斜拉桥结构几何非线性主要来自于索的垂度影响、梁柱效应及大位移效应 3 个方面. 为了考察结构几何非线性效应对斜拉桥极限状态时受力的分析, 采用如下4 种分析模型。 ( 1) 模型1 为线性分析，其计算结果将与各非线性分析结果进行比较, 确定各非线性因素对分析结果的影响系数. ( 2) 模型2 为仅考虑拉索垂度效应的非线性分析. ( 3) 模型3 为仅计入梁柱效应和大位移效应的非线性分析. ( 4) 模型4 为考虑所有几何非线性效应. 计算分析的前提是线性计算和非线性计算采用的成桥索力是一致的. 1. 2成桥索力计算方法 在斜拉桥受力分析中, 首先必须确定斜拉索的成桥索力. 目前, 国内外斜拉桥成桥索力的计算方法,大致有受力状态的索力优化法、无约束优化索力法、有约束优化索力法及多约束条件优化方法[ 3-4] . 本文提出一种索力分步迭代的方法，首先, 按最小能量法计算斜拉索拉力及相应应变, 将此应变作为初始应变施加到斜拉索上, 重新求解结构在自重作
1-非线性分析概述【ANSYS非线性分析】
第一章钢筋混凝土结构非线性分析概述 1.1 钢筋混凝土结构的特性 1.钢筋混凝土结构由两种材料组成，两者的抗拉强度差异较大，在正常使用阶段，结构或构件就 处在非线性工作阶段，用弹性分析方法分析的结构内力和变形无法反映结构的真实受力状况； 2.混凝土的拉、压应力-应变关系具有较强的非线性特征； 3.钢筋与混凝土间的黏结关系非常复杂，特别是在反复荷载作用下，钢筋与混凝土间会产生相对 滑移，用弹性理论分析的结果不能反映实际情况； 4.混凝土的变形与时间有关：徐变、收缩； 5.应力-应变关系莸软化段：混凝土达到强度峰值后有应力下降段； 6.产生裂缝以后成为各向异形体。 混凝土结构在荷载作用下的受力-变形过程十分复杂，是一个变化的非线性过程。 1.2 混凝土结构分析的目的和主要内容 《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）中新增的主要内容：(1)混凝土的本构关系和多轴强度：给出了单轴受压、受拉非线性应力-应变（本构）关系，混凝土二轴强度包络图、三轴抗压强度图和三轴应力状态破坏准则；（2）结构分析：规范概括了用于混凝土结构分析的5类方法，列入了结构非线性分析方法。 一、结构分析的基本目的：计算在各类荷载作用下的结构效应——内力、位移、应力、应变 根据设计的结构方案确定合理的计算简图，选择不利荷载组合，计算结构内力，以便进行截面配筋计算和采取构造措施。 二、结构分析的主要内容：（1）确定结构计算简图：考虑以下因素：(a)能代表实际结构的体形和 尺寸；(b)边界条件和连接方式能反映结构的实际受力状态，并有可靠的构造措施；(c)材料性能符合结构的实际情况；(d)荷载的大小、位置及组合应与结构的实际受力吻合；(e)应考虑施工偏差、初始应力及变形位移状况对计算简图进行适当修正；(f)根据结构受力特点，可对计算简图作适当简化，但应有理论或试验依据，或有可靠的工程经验；(g)结构分析结果应 1