1、1會計學ANSYSWorkbench結構非線性培訓概述結構非線性培訓概述KFuKFu 線性結構非常適宜有限元分析, 它是基于線性矩陣代數.FuKTRubber Boot Seal 非線性幾何非線性幾何 (大應變和大大應變和大變形變形), 材料非線性材料非線性 (橡橡膠膠), 和狀態非線性和狀態非線性 (接觸接觸)的例子的例子.Fu位移位移力力1234加載每一增量的完全加載每一增量的完全 Newton-Raphson 迭代分析迭代分析. (如圖所示如圖所示4個迭代個迭代.)Fax1234Newton-Raphson 方法F1x1 實際的力和位移關系實際的力和位移關系 (藍色點線所示藍色點線所示)

2、 預先不知道預先不知道. 因此因此, 執行一系列的修正線性近似執行一系列的修正線性近似. 這是這是Newton-Raphson 方法的簡單方法的簡單解釋解釋 (紅色實線所示紅色實線所示)FaFnrFaFnruFu位移位移 力力ustart 發散發散!Fu位移位移 力力ustart 收斂收斂在收斂半徑外開始在收斂半徑外開始在收斂半徑內開始在收斂半徑內開始Newton-Raphson 方法: 不保證所有狀況收斂! 只有開始構造在收斂半徑范圍內的會收斂.Fuustart 逐漸施加載荷將目標移動到接近開始逐漸施加載荷將目標移動到接近開始點點F1Fuustart 使用加強收斂工具擴大收斂半徑使用加強收斂

3、工具擴大收斂半徑 Workbench Mechanical 綜合使用兩種策略達到收斂.FaxaFbxbFa1Fb2Fb1小心并成功熟練地考慮小心并成功熟練地考慮這三個問題這三個問題!n多次迭代增加總的求解時間.n使用自己的工程判斷決定提供多少計算代價，需要怎樣的精度.StressMesh Density典型靈敏性研究典型靈敏性研究 下一章提供不同非線性情形的建模細節.n, 值或復制到節點位置。n線性結果是外插值的n非線性結果是復制的s, euuB. 20-節點六面體8-節點六面體保留中節點保留中節點(二次形狀函數二次形狀函數)放棄中節點放棄中節點(線性形狀函數線性形狀函數)載荷類型載荷類型變形

4、前的方向變形前的方向變形后的方向變形后的方向加速度（恒定方向）加速度（恒定方向）壓力（始終垂直于壓力（始終垂直于表面）表面）集中力，集中力， 彎矩，螺栓彎矩，螺栓載荷載荷 （恒定方向）（恒定方向）KFuFu1234F = KuFi = KiuiKi非線性控制 自動計算收斂容差. 在 Newton-Raphson 迭代過程中用來確定模型何時收斂或 “平衡” 默認收斂準則適用于大多工程應用. 對特殊情形, 用戶可不考慮缺省值而收緊或放松收斂容差. 加緊的收斂容差給出更高精確度，但可能使收斂更加困難非線性控制 (Contd) 如果模型中有轉動自由度(如. 出現梁/或殼單元的時候) ，力平衡外還要增加

5、力矩平衡. 非線性控制 (contd) 可增加位移和/或轉動 DOF 值的平衡檢查，作為對力 /力矩平衡的補充. 出現接觸非線性的時候, 默認的并不包括這些額外的檢查，因為它們被認為是會過度限制并可導致不必要的發散.求解信息圖中也分別用綠色和藍色折線顯示了收斂子步和載荷步.ResidualCriteria只依賴位移收斂檢查某些情況會導致只依賴位移收斂檢查某些情況會導致錯誤的結果錯誤的結果.Big Residual 因為以位移為基礎的收斂僅提供表現收斂的相對量度, 只用來作為對以力為基礎的收斂的補充. 以力為基礎的收斂提供了收斂量的絕對量度, 因為它是內部和外部力間平衡的度量.非線性控制 (co

6、ntd) 最小參考值 (MINREF) 是一安全值，可阻止求解嘗試收斂到零 . 如自由體 (無約束的) 系統或機械裝置沒有外力作用, 準則 (eR * |F|2) 將為零. 如果準則為零, 求解不會收斂! 在這種情況,程序重新定義準則為 (eR * MINREF). 這里 eR 是收斂容差值. 分析使用的MINREF缺省值取決于問題的物理性質.響應歷程動畫響應歷程動畫響應歷程曲線圖響應歷程曲線圖 模型所示是一裝配例子.FTargetContact當接觸協調性不被強制時會發生滲透當接觸協調性不被強制時會發生滲透. FFnxpnpenetrationormalnormalxkFnpenetrati

7、onormalnormalxkFnpenetrationormalnormalxkF罰函數法罰函數法 :增強拉格朗日法增強拉格朗日法:FDOFFnormalClosedOpenGapPenetrationContact Status法向拉格朗日法法向拉格朗日法ClosedOpenGapPenetrationContact Status罰函數法罰函數法Penetration積分點探測節點探測slidingtangentialtangentialxkF如果 “粘著”:FormulationNormalTangentialNormal StiffnessTangential StiffnessTyp

8、eAugmented LagrangeAugmented LagrangePenaltyYesYes1AnyPure PenaltyPenaltyPenaltyYesYes1AnyMPCMPCMPC-Bonded,No SeparationNormal LagrangeLagrange MultiplierPenalty-Yes1AnynN次迭代次迭代n+1次迭代次迭代FFF FcontactFn+2次迭代次迭代觸剛度.Pinball radius 對于每個接觸探測點有三個選項來控制Pinball區域的大小.通過定義Pinball半徑，用戶可直觀確認一個縫隙在綁定接觸行為是否被忽略，Pinba

9、ll區域對于大變形問題和初始干涉問題同樣非常重要。目標面接觸面目標面接觸面n另一方面, 如果使用積分點探測會有更多接觸探測點, 所以每種接觸探測方法都有優點和缺點.目標面目標面接觸面接觸面目標面可滲透到接觸面目標面可滲透到接觸面.Specified OptionPure PenaltyAugmented LagrangeNormal LagrangeMPCSymmetric BehaviorSymmetricSymmetricAuto-AsymmetricAuto-AsymmetricAsymmetric BehaviorAsymmetricAsymmetricAsymmetricAsymme

10、tricAuto-Asymmetric BehaviorAuto-AsymmetricAuto-AsymmetricAuto-AsymmetricAuto-AsymmetricSymmetric BehaviorResults on BothResults on BothResults on EitherResults on EitherAsymmetric BehaviorResults on ContactResults on ContactResults on ContactResults on ContactAuto-Asymmetric BehaviorResults on Eith

11、erResults on EitherResults on EitherResults on EitherSymmetric BehaviorEasier to set upEasier to set upLet program designateLet program designateAsymmetric BehaviorEfficiency and controlEfficiency and controlUser has controlUser has controlAuto-Asymmetric BehaviorLet program designateLet program des

12、ignateLet program designateLet program designateBehavior Internally UsedReviewing ResultsNotes目標面接觸面目標面接觸面實體面對實體面實體面對實體面面體的面對面體面體的面對面體 (或實體或實體 ) 的面的面面體邊對表面體面體邊對表面體 (或實體或實體) 面面 Generate Contact on Update:若該選型設為若該選型設為Yes ，輸入，輸入模型模型(最新的最新的)時自動創建面時自動創建面/面接觸區域面接觸區域. 設置為設置為 No 仍然仍然允許手動激活自動生成接觸允許手動激活自動生成接觸

13、, 或手動構建接觸區域或手動構建接觸區域. Tolerance Type, Tolerance Value, and Tolerance Slider: CAD 系統創建的裝配體可能沒有精確裝配系統創建的裝配體可能沒有精確裝配, 導致兩導致兩體間的接觸區域有小的重合或間隙體間的接觸區域有小的重合或間隙. 可指定接觸探測容差可指定接觸探測容差來解決任何的不精確來解決任何的不精確 (只適用于自動接觸探測只適用于自動接觸探測).CAD 部件間存在的部件間存在的間隙間隙圖示說明用戶定義的接圖示說明用戶定義的接觸探測容差值觸探測容差值 209個部件 450 個對稱接觸對 115萬個自由度“Face Ov

14、errides” 選項使面/面接觸優先于面/邊和邊/邊接觸. Face Overrides 也使面/邊接觸優先于邊/邊接觸. 一般來說, 對面/邊和邊/邊接觸設置了Face Overrides, 會探測不到邊/邊接觸對. “Edge Overrides” 使邊/邊接觸優先于面/邊和面/面接觸. Edge Overrides 也使面/邊接觸優先于面/面接觸. 一般來說,對面/邊和面/面接觸設置了Edge Overrides,會探測不到面/面接觸對. Group By: Search Across: . n無摩擦, 粗糙,或 摩擦接觸類型和界面處理 的幾何間隙欄 設為Add Offset. Ste

15、p 1Step 2Status = ClosedStatus = ClosedStatus = Open-near field 自動二分 接觸行為在每個子步后檢查，來決定接觸狀態中是否有過大的穿透或改變出現。如果有，當前子步用二分時間增量（減半）重估。 下例中，當一個局部接觸狀態的改變導致總體結構剛度顯著改變時，自動二分可以確保收斂。僅在該區域對接觸僅在該區域對接觸狀態的改變使用自狀態的改變使用自動時間步動時間步.FSubstep 1Substep 2Substep 3因為粗糙的時間步，因為粗糙的時間步，錯過了接觸。錯過了接觸。自動減小時間步以自動減小時間步以捕捉接觸狀態的改捕捉接觸狀態的改變。變。normaltangentialFFFnF