ANSYS非线性有限元分析方法及范例应用

目      录 序  前言 
第1章  ANSYS非线性问题概述··· 1   1.1  非线性有限元基本理论··· 1   1.1.1  弹塑性本构关系··· 1 1.1.2  大变形几何关系··· 2 1.1.3  接触非线性问题··· 4 1.2  ANSYS非线性有限元的功能特点··· 5 1.3  ANSYS 14.0新功能介绍··· 9 第2章  非线性有限元求解技术··· 13 2.1  非线性求解算法··· 13 2.1.1  牛顿-拉普森求解··· 13 2.1.2  迭代过程··· 15 2.1.3  收敛准则··· 16 2.2  载荷步与子步··· 17 2.2.1  基本概念··· 17 2.2.2  阶跃载荷与渐变载荷··· 18 2.3  非线性稳定性方案··· 18 2.4  计算流程及如何获得收敛解··· 22 2.4.1  非线性分析的建议··· 22 2.4.2  非线性分析的相关选项··· 23 第3章  非线性分析单元技术··· 27 3.1  连续实体单元··· 27 3.1.1  连续体单元概述··· 27 3.1.2  ANSYS 14.0中常用实体单元介绍··· 28 3.2  壳单元··· 29 3.2.1  壳单元概述··· 29 3.2.2  ANSYS 14.0中SHELL181/SHELL281
      单元介绍··· 30 3.3  梁单元··· 30 3.3.1  梁单元概述··· 30 3.3.2  BEAM188/BEAM189单元的定义··· 31 3.3.3  BEAM188/BEAM189单元的网格
      划分及载荷施加··· 32 3.3.4  BEAM188/BEAM189单元的后处理··· 33 3.4  剪切和体积锁定问题··· 33 3.4.1  剪切锁定··· 34 3.4.2  体积锁定··· 34 3.5  单元公式及锁定问题处理··· 36 3.5.1  选择缩减积分（B-bar方法）··· 36 3.5.2  一致缩减积分··· 36 3.5.3  增强应变积分··· 37 3.5.4  简单增强应变积分··· 38 3.5.5  混合 U-P 公式··· 38 3.6  非线性分析单元选择建议··· 38 3.6.1  一般原则··· 38 3.6.2  线性分析和小应变非线性分析··· 38 3.6.3  有限应变非线性分析··· 39 3.7  实例：超弹性悬臂梁不同单元公式
     非线性分析··· 39 3.7.1  问题描述··· 39 3.7.2  数值模拟过程（GUI方法）··· 39 第4章  几何非线性与屈曲分析··· 47 4.1  几何非线性分析··· 47 4.1.1  大应变效应··· 47 4.1.2  应力和应变度量··· 48 4.1.3  大位移/大转动（小应变）··· 49 4.1.4  应力刚化··· 49 4.1.5  旋转软化··· 50 4.2  几何非线性分析实现及提示··· 50 4.2.1  建模策略··· 50 4.2.2  网格质量检查··· 51 4.2.3  求解选项··· 51 4.2.4  加载和边界条件··· 51 4.2.5  后处理··· 51 4.3  屈曲分析··· 52 4.3.1  屈曲分析概述··· 52 4.3.2  特征值屈曲··· 52 4.3.3  特征值屈曲分析的步骤··· 53 4.4  非线性屈曲分析··· 57 4.4.1  非线性屈曲分析··· 57 4.4.2  非线性后屈曲分析··· 59 4.5  实例：超弹性材料拉伸试件的
     大变形分析··· 60 4.5.1  问题描述··· 60 4.5.2  数值模拟过程（GUI操作过程）··· 60 4.6  实例：拱结构的线性屈曲分析··· 67 4.6.1  问题描述··· 67 4.6.2  数值模拟过程（GUI操作过程）··· 67 4.7  实例分析：受集中载荷薄壳的失稳分析··· 72 4.7.1  问题描述··· 72 4.7.2  数值模拟过程（GUI方法）··· 72 第5章  材料非线性分析··· 77 5.1  材料非线性分析概述··· 77 5.2  塑性理论介绍··· 77 5.2.1  屈服准则··· 78 5.2.2  流动准则··· 81 5.2.3  强化准则··· 81 5.2.4  常用塑性材料本构关系··· 82 5.2.5  循环强化和循环软化··· 86 5.2.6  棘轮和调整效应··· 87 5.2.7  ANSYS 对塑性过程的考虑··· 88 5.3  蠕变分析··· 90 5.3.1  蠕变现象··· 90 5.3.2  一般蠕变方程··· 91 5.3.3  隐式蠕变过程··· 93 5.3.4  显式蠕变过程··· 95 5.3.5  ANSYS 蠕变分析的求解过程··· 100 5.3.6  隐式蠕变与显式蠕变的比较··· 102 5.4  DP材料模型··· 102 5.4.1  DP材料简介··· 102 5.4.2  DP材料定义及求解··· 103 5.5  混凝土材料模型··· 104 5.5.1  混凝土材料简介··· 104 5.5.2  混凝土材料定义及求解··· 105 5.6  超弹性材料··· 105 5.6.1  超弹性材料背景··· 105 5.6.2  超弹性材料本构模型··· 107 5.6.3  求解过程··· 111 5.7  实例：超弹性O形密封圈变形及
     应力分析··· 112 5.7.1  问题的描述··· 112 5.7.2  数值模拟过程（GUI操作）··· 113 5.7.3  命令流··· 118 5.8  实例：带槽口平板的棘轮行为分析··· 120 5.8.1  问题的描述··· 120 5.8.2  数值模拟过程（GUI操作）··· 121 5.9  实例：铝合金毛坯自然时效分析··· 130 5.9.1  问题的描述··· 130 5.9.2  数值模拟过程（GUI操作）··· 130 5.9.3  命令流··· 134 第6章  接触非线性分析··· 137 6.1  接触非线性分析概念··· 137 6.2  接触类型及接触单元··· 139 6.2.1  接触分类··· 139 6.2.2  接触单元··· 139 6.2.3  接触对的建立··· 142 6.2.4  接触向导··· 143 6.3  接触分析基本参数设置··· 145 6.3.1  接触刚度··· 145 6.3.2  接触算法··· 146 6.3.3  穿透容差··· 148 6.3.4  接触行为··· 148 6.3.5  球形域··· 149 6.3.6  接触探测··· 151 6.4  摩擦··· 153 6.4.1  摩擦机制··· 153 6.4.2  库仑摩擦··· 153 6.4.3  摩擦参数定义··· 154 6.5  接触分析高级选项··· 155 6.5.1  控制节点··· 155 6.5.2  初始接触状态调整··· 156 6.5.3  对称接触/非对称接触··· 159 6.5.4  接触诊断工具··· 160 6.6  面-面接触··· 161 6.6.1  应用面-面接触单元··· 161 6.6.2  接触分析的步骤··· 161 6.6.3  建立几何模型并划分网格