ANSYS结构分析基础知识

ANSYS结构分析概览:

1.结构分析的目的：用于确定结构的变形、应变、应力及反作用力等.

2.结构分析的类型:  
◎静力分析-用于静态载荷，可以考虑结构的线性及非线性行为，例如: 大变形、大应变、应力刚化、接触、塑性、超弹及蠕变等.
◎模态分析-计算线性结构的自振频率及振形
◎谱分析-是模态分析的扩展，用于计算由于随机振动引起的结构应力和应变 (也叫作响应谱或PSD).
◎谐响应分析-确定线性结构对随时间按正弦曲线变化的载荷的响应.
◎瞬态动力学分析-确定结构对随时间任意变化的载荷的响应，可以考虑与静力分析相同的结构非线性行为.
◎特征屈曲分析-用于计算线性屈曲载荷并确定屈曲模态形状，(结合瞬态动力学分析可以实现非线性屈曲分析.)
◎专项分析: 断裂分析, 复合材料分析，疲劳分析
◎显式动力学分析ANSYS/LS-DYNA：用于模拟非常大的变形，惯性力占支配地位，并考虑所有的非线性行为.它的显式方程求解冲击、碰撞、快速成型等问题，是目前求解这类问题最有效的方法.

结构静力分析介绍：

1.静力分析定义：静力分析是计算在固定不变的载荷作用下结构的效应，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）。

2.静力分析的载荷：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

3.静力分析分类：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。

非线性分析基础知识：

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。
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。 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而变化。
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.
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）
◎几何非线性
◎材料非线性

状态变化（包括接触）

许多普通结构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），也可能由某种外部原因引起（如在冻土中的紊乱热力学条件）。ANSYS程序中单元的激活与杀死选项用来给这种状态的变化建模。接触是一种很普遍的非线性行为，接触是状态变化非线性类型形中一个特殊而重要的子集。

几何非线性

如果结构经受大变形，它变化的几何形状可能会引起结构的非线性地响应。例如钓鱼杆，随着垂向载荷 的增加，杆不断弯曲以致于动力臂明显地减少，导致杆端显示出在较高载荷下不断增长的刚性。

材料非线性

非线性的应力－应变关系是结构非线性的常见原因。许多因素可以影响材料的应力－应变性质，包括加载历史（如在弹－塑性响应状况下），环境状况（如温度），加载的时间总量（如在蠕变响应状况下）。
近似的非线性求解是将载荷分成一系列的载荷增量。可以在几个载荷步内或者在一个载步的几个子步内施加载荷增量。在每一个增量的求解完成后，继续进行下一个载荷。在增量之前，程序调整刚度矩阵来反映结构刚度的非线性变化。但遗憾的是，纯粹的增量近似不可避免地产生每一个载荷增量积累误差，导种结果最终失去平衡。
对某些物理意义上不稳定系统的非线性静态分析，如果你仅仅使用NR方法，正切刚度矩阵可能变为降秩短阵，导致严重的收敛问题。这样的情况包括独立实体从固定表面分离的静态接触分析，结构或者完全崩溃或者“突然变成”另一个稳定形状的非线性弯曲问题。对这样的情况，你可以激活另外一种迭代方法，弧长方法，来帮助稳定求解。弧长方法导致NR平衡迭代沿一段弧收敛，从而即使当正切刚度矩阵的倾斜为零或负值时，也往往阻止发散。

非线性静力分析的加载求解介绍

1、进入ANSYS求解器
命令：/Solution
GUI：Main Menu>Solution
2、定义分析类型及分析选项。分析类型和分析选项在第一个载荷步后（也就是，在你发出你的第一个SOLVL命令之后）不能被改变。
ANSYS提供这些选项用于静态分析。
◎选项：新的分析〔ANTYPE〕
一般情况下会使用New Analysis(新的分析）。
◎选项：分析类型：静态〔ANTYPE〕
选择Static（静态）。
◎选项：大变形或大应变选项（GEOM）
并不是所有的非线性分析都将产生大变形。参看：“使用几何非线性”对大变型的进一步讨论。
◎选项：应力刚化效应〔SSTIF〕
如果存在应力刚化效应选择ON。
◎选项：牛顿－拉普森选项〔NROPT〕
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。你可以指定这些值中的一个。
· 程序选择（NROPT，ANTO）：程序基于你模型中存在的非线性种类选择用这些选项中的一个。在需要时牛顿－拉普森方法将自动激活自适应下降。
3、在模型上加载，记住在大变型分析中惯性力和点载荷将保持恒定的方向，但表面力将“跟随”结构而变化。
4、指定载荷步选项。这些选项可以在任何载荷步中改变。
下列选项对非线性静态分析是可用的：

◎普通选项：
·Time(TIME)
ANSYS程序借助在每一个载荷步末端给定的TIME参数识别出载荷步和子步。使用TIME命令来定义受某些实际物理量（如先后时间，所施加的压力，等等。）限制的TIME值。程序通过这个选项来指定载荷步的末端时间。
注意──在没有指定TIME值时，程序将依据缺省自动地对每一个载荷步按1.0 增加TIME（在第一个载荷步的末端以TIME=1.0开始）。
·时间步的数目〔NSUBST〕
·时间步长〔DELTIM〕

未完,请看全面讲解ANSYS结构分析基础知识(二)

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