ANSYS命令流学习笔记10-利用APDL在WorkBench中进行非线性屈曲分析
!ANSYS命令流学习笔记10-利用APDL在WorkBench中进行非线性屈曲分析
!学习重点：
!1、强化非线性屈曲知识
首先了解屈曲问题。
在理想化情况下,当F < Fcr时, 结构处于稳定平衡状态，若引入一个小的侧向扰动力，然后卸载, 结构将返回到它的初始位置。
当F > Fcr时, 结构处于不稳定平衡状态, 任何扰动力将引起坍塌。
当F = Fcr时,结构处于中性平衡状态，把这个力定义为临界载荷。
在实际结构中, 几何缺陷的存在或力的扰动将决定载荷路径的方向。
在实际结构中, 很难达到临界载荷，因为扰动和非线性行为, 低于临界载荷时结构通常变得不稳定。
要理解非线性屈曲分析，首先要了解特征值屈曲。
特征值屈曲分析预测一个理想线弹性结构的理论屈曲强度，缺陷和非线性行为阻止大多数实际结构达到理想的弹性屈曲强度，特征值屈曲一般产生非保守解, 使用时应谨慎。
!理论解，根据Euler公式。
其中μ取决于固定方式。
F cr=π2EI (μL)2
!有限元方法，
已知在特征值屈曲问题：
det([K e]+λ[K e(σ0)])=0
求解λ，即可得到临界载荷{F cr}=λ{P0}
而非线性屈曲问题：
([K e]+[K e(σ0)]){δ}={F}
其中[K e]为结构初始刚度，[K e(σ0)]为有缺陷的结构刚度，{δ}为位移矩阵，{F}为载荷矩阵。
非线性屈曲分析时考虑结构平衡受扰动（初始缺陷、载荷扰动）的非线性静力分析，该分析时一直加载到结构极限承载状态的全过程分析，分析中可以综合考虑材料塑性、几何非线性、接触、大变形。
非线性屈曲比特征值屈曲更精确，因此推荐用于设计或结构的评价。
!2、熟悉WB中非线性屈曲分析流程
(1) 前处理，施加单元载荷，进行预应力静力分析。
(2) 基于预应力静力分析，指定分析类型为特征值屈曲分析，完成特征值屈曲分析。
(3) 在APDL模块将一阶特征屈曲模态位移乘以适当系数，将此变形后的形状当做非线性分析的初始模型。
(4) 在FE modeler模块，读取APDL处理后的cdb文件数据，即变形后的有限元模型。
(5) 在新建的静力分析中施加载荷和约束。
所施加的载荷应比预测值高10%一21%。
(6) 定义载荷步选项，设置收敛算法。
(7) 求解，查看位移-载荷曲线结果。
!3、熟悉WorkBench与APDL之间的数据转换方式
(1) 结果文件转换，db文件输出到APDL（见笔记5）。
(2) 模型文件转换，FE model中db文件转换成cdb文件，只保留有限元模型。
!问题描述
!钢结构之间，在集中载荷P作用下的非线性屈曲分析，工作载荷0.5MPa。
!分析步骤：
(1) 进行特征值屈曲分析，结果如下，临界载荷14.82*0.5 = 7.4 MPa。
(2) 建立inp文件，写入命令如下图，保存文件。
放大系数较大，方便查看模型变形。
(3) 导出特征值分析结果到新的APDL模块，并在新建的APDL模块中导入上一步中的inp文件，在solution处右键单击，点击update（一般生产新模块都会update一下，不再赘述）；双击进入APDL模块，可以发现文件已导入。
(4) 将APDL生产的cdb文件导入到FE modeler模块，并双击进入FE modeler生产模型。
(5) 将FE modeler模块拖到新建的静力分析D2：model中。
Update。
进入求解，设置边界条件，求解条件。
(6) 查看位移-时间曲线，发现在0.468s，位移突然增加，判定此时发生屈曲。
载荷为ramped，所以此时载荷为0.468*15=7MPa。
即非线性屈曲结果为7MPa，比特征值分析结果稍小。
（注：可编辑下载，若有不当之处，请指正，谢谢!）。
ansys workbench中apdl的用法
ANSYS Workbench中的APDL（ANSYS Parametric Design Language）是一种参数化设计语言，用于在ANSYS软件中自动化建模和求解过程。
以下是APDL的一些用法：
1. 创建模型：使用APDL可以创建各种类型的模型，包括结构、流体动力学、电磁等。
在创建模型时，可以通过定义参数、约束条件和载荷等来自动化建模过程。
2. 优化设计：APDL可以用于优化设计，通过调整参数、约束条件和载荷等，获得最佳的设计方案。
3. 自动化求解：使用APDL可以自动化求解过程，包括网格划分、求解设置、结果后处理等。
4. 批处理操作：通过APDL，可以对一组模型进行批处理操作，例如批量分析、批量结果后处理等。
5. 自定义功能：使用APDL可以自定义功能，例如创建自定义的命令流、宏等，扩展ANSYS软件的功能。
在使用APDL时，需要注意以下几点：
1. 学习APDL需要一定的编程基础和数学知识。
2. 在使用APDL之前，需要了解ANSYS软件的基本操作和功能。
3. 在编写APDL脚本时，需要注意语法错误和逻辑错误，并进
行充分的测试和验证。
4. 在使用APDL进行复杂模型的分析时，需要注意计算资源和内存的分配，以确保计算过程的稳定性和效率。
ANSYSAPDL命令汇总(2021年整理精品文档)
(完整版)ANSYSAPDL命令汇总编辑整理：尊敬的读者朋友们：这里是精品文档编辑中心，本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的，发布之前我们对文中内容进行仔细校对，但是难免会有疏漏的地方，但是任然希望（(完整版)ANSYSAPDL命令汇总）的内容能够给您的工作和学习带来便利。
同时也真诚的希望收到您的建议和反馈，这将是我们进步的源泉，前进的动力。
本文可编辑可修改，如果觉得对您有帮助请收藏以便随时查阅，最后祝您生活愉快业绩进步，以下为(完整版)ANSYSAPDL命令汇总的全部内容。
ANSYS APDL命令汇总AA，P1,P2，P3，P4,P5,P6,P7,P8,P9此命令用已知的一组关键点点（P1～P9）来定义面(Area)，最少使用三个点才能围成面，同时产生转围绕些面的线。
点要依次序输入，输入的顺序会决定面的法线方向。
如果超过四个点,则这些点必须在同一个平面上。
Menu Paths：Main Menu>Preprocessor〉Create>Arbitrary〉Through KPsABBR＊ABBR，Abbr,String－－定义一个缩略语．Abbr:用来表示字符串＂String＂的缩略语,长度不超过８个字符．String：将由＂Abbr＂表示的字符串，长度不超过６０个字符．ABBRESABBRES,Lab,Fname，Ext－从一个编码文件中读出缩略语．Lab:指定读操作的标题，NEW：用这些读出的缩略语重新取代当前的缩略语（默认）CHANGE:将读出的缩略语添加到当前缩略语阵列，并替代现存同名的缩略语．Ext:如果＂Fname＂是空的，则缺省的扩展命是＂ABBR＂．ABBSAVABBSAV，Lab,Fname,Ext－将当前的缩略语写入一个文本文件里Lab:指定写操作的标题，若为ALL，表示将所有的缩略语都写入文件（默认ADDadd, ir， ia,ib,ic，name，——，--,facta, factb， factc将ia,ib，ic变量相加赋给ir变量ir, ia,ib,ic：变量号name：变量的名称ADELEAdele,na1,na2,ninc,kswp ！kswp=0时只删除掉面积本身,＝1时低单元点一并删除。
AnsysWorkbench工程应用之——结构非线性（上）：几何非线性（3）——屈曲
AnsysWorkbench工程应用之——结构非线性（上）：几何非线性（3）——屈曲本文可能是您能在网络上找到得有限元计算屈曲最详细最接地气得文章。
图惜原本计划将屈曲写入几何非线性一文，后来发现内容太多，所有拎出来单独做一个专题。
在屈曲计算中，特别是非线性屈曲计算中，很多初学者也和图惜一样，有很多疑问，此文将针对初学者常见的问题做通俗详细的解读，其中一定有您想要的答案。
1 屈曲的概念结构失稳即屈曲，最常见的便是压杆失稳现象。
压杆稳定示意图如下，在稳定点之前，支反力呈线性增长，逐渐达到一个极值，之后支反力降低，这个极值便是屈曲极限。
屈曲极限往往远小于材料的屈服强度，屈曲分析的目的在于找出结构的屈曲极限，分析出结构的安全载荷、或对结构进行相应优化设计提高屈曲极限。
分析屈曲有两类方法，一类是线性特征值屈曲，用于计算理想线性屈曲极限，一类是非线性分析，用于计算零件因初始缺陷、材料、几何、接触等引起的非线性屈曲，而非线性分析又分为前屈曲分析和后屈曲分析。
很多结构设计是以理想线性屈曲极限除以一个安全系数作为设计依据，但是如果要探究结构的实际屈曲极限，有必要进行非线性屈曲分析。
特征值模态只是结构的线性特征,是结构在受荷载情况下能量最小的变形模式，不是真实变形。
最终采用大变形方法计算得到的结果才是结构真正的破坏状态。
2 线性屈曲在Ansys Workbench中，进行线性屈曲分析的是特征值屈曲模块。
线性特征值屈曲分析通过提取线性系统的刚度矩阵的奇异特征值，以获得结构临界失稳载荷以及失稳模态。
线性特征值屈曲分析不考虑初始结构缺陷与非线性因素的影响，计算较快，计算精度不如非线性屈曲，特别是对于复杂模型。
但是计算的特征值对结构稳定性评价有一定帮助，例如，求解出密集排列的负载乘数，则表明该结构对初始缺陷敏感；求解出稀松排列的负载乘数，则表明该结构对初始缺陷不敏感。
需要强调的是，线性特征值屈曲计算得到的失稳模态变形结果，并不是真实结构失稳后的结构最大位移。
ansys的非线性命令解析
引用小健哥的ANSYS 非线性分析命令解析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 MONITORDELTIM NROPT NEQITNSUBST TINTP SSTIFCNVTOL CUTCONTROL KBCLNSRCH OPNCONTROL EQSLVARCLEN 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。
ANSYSWorkbench结构非线性培训概述
... 获得非线性求解
求解器控制
• 求解器类型有‘Direct’ 和‘Iterative’.
• 这涉及到程序代码对每次Newton-Raphson 平衡迭代建立刚度矩阵的方式.
• 直接(稀疏) 求解器适用于非线性模型和非连续 单元(壳和梁).
• 迭代 (PCG) 求解器更有效(运行时间更短) ，适 合于线弹性行为的大模型.
• 默认的 ‘Program Controlled” 将基于当前 问题自动选择求解器.
... 获得非线性求解
求解器控制 (cont’d)
• 在Analysis Settings的Solver Control中，设置 “Large Deflection” = ON:
• 多次迭代后调整刚度矩阵以考虑分析过程 中几何的变化.
第一章 概述
Workbench – Mechanical 结构非线性
1-1
章节概述
• 本章介绍非线性有限元分析(FEA)基础综述 :
A. 什么是 “非线性” 行为? B. 非线性类型 C. 线性求解器的非线性求解 D. 非线性 FEA问题
• 目的是对非线性FEA特性有基本的了解.
• 这部分描述的性能通常适用于Structural或以上的license.
F K
u
F = Ku
F
Ki 3 4
2
1
u
Fi = Kiui
...获得非线性求解
…非线性求解有什么不同? • 非线性分析中有许多选项设置需要考虑.
• 载荷步控制 - 载荷步和子步 • 求解器控制 - 求解器类型 • 非线性控制 - N-R 收敛准则 • 输出控制 - 控制载荷历史中保存的数据
ANSYS命令流学习笔记10-利用APDL在WorkBench中进行非线性屈曲分析
!ANSYS命令流学习笔记10-利用APDL在WorkBench中进行非线性屈曲分析!学习重点：!1、强化非线性屈曲知识首先了解屈曲问题。
在理想化情况下,当F < Fcr时, 结构处于稳定平衡状态，若引入一个小的侧向扰动力，然后卸载, 结构将返回到它的初始位置。
当F > Fcr时, 结构处于不稳定平衡状态, 任何扰动力将引起坍塌。
当F = Fcr时,结构处于中性平衡状态，把这个力定义为临界载荷。
在实际结构中, 几何缺陷的存在或力的扰动将决定载荷路径的方向。
在实际结构中, 很难达到临界载荷，因为扰动和非线性行为, 低于临界载荷时结构通常变得不稳定。
要理解非线性屈曲分析，首先要了解特征值屈曲。
特征值屈曲分析预测一个理想线弹性结构的理论屈曲强度，缺陷和非线性行为阻止大多数实际结构达到理想的弹性屈曲强度，特征值屈曲一般产生非保守解, 使用时应谨慎。
!理论解，根据Euler公式。
其中μ取决于固定方式。
F cr=π2EI (μL)2!有限元方法，已知在特征值屈曲问题：det([K e]+λ[K e(σ0)])=0求解λ，即可得到临界载荷{F cr}=λ{P0}而非线性屈曲问题：([K e]+[K e(σ0)]){δ}={F}其中[K e]为结构初始刚度，[K e(σ0)]为有缺陷的结构刚度，{δ}为位移矩阵，{F}为载荷矩阵。
非线性屈曲分析时考虑结构平衡受扰动（初始缺陷、载荷扰动）的非线性静力分析，该分析时一直加载到结构极限承载状态的全过程分析，分析中可以综合考虑材料塑性、几何非线性、接触、大变形。
非线性屈曲比特征值屈曲更精确，因此推荐用于设计或结构的评价。
!2、熟悉WB中非线性屈曲分析流程(1) 前处理，施加单元载荷，进行预应力静力分析。
(2) 基于预应力静力分析，指定分析类型为特征值屈曲分析，完成特征值屈曲分析。
(3) 在APDL模块将一阶特征屈曲模态位移乘以适当系数，将此变形后的形状当做非线性分析的初始模型。
Ansys Workbench非线性分析 牛顿辛普森法过程
然而, 相当多的结构在力和位移之间没有线性关系 因为此类结构的 F-u 图不是直线, 这样的结构称为非线性结构 . – 刚度不再是一个常数K; 它成为施加载荷的函数, KT (切 线刚度). 普通的例子是韧性金属的拉伸试验:
载荷位移曲线
Fa Fnr
R
下一次迭代用刚度矩阵
u0 △ u u1
u0: 所设初始位移值
u
位移
KT :切向刚度
u1: 下次迭代位移值
R F a F nr
收敛： Newton-Raphson法需要一个收敛的度量以决定 何时结束迭代。给定节点Fa，节点力Fnr ，在一个体 中，节点载荷必须与节点力平衡
高级接触选项包括： 自动探测尺寸 Auto detection dimension and slider 非对称接触Asymmetric contact 接触结果工具Contact results tool 接触算法contact formulations Pinball 控制
膜片弹簧接触设置
带支撑环的膜片弹簧边界条件及求解设置
3 2 F1 269.991 2981 1 9238 1
膜片弹簧大端载荷-位移曲线
3 2 F1 269.991 2981 1 9238 1
注：膜片弹簧载荷挠度曲线为非线性，是由于大变形引起 的几何非线性，但材料始终发生的是弹性变形，没有发生 塑性变形
回忆材料力学中低碳钢力学性能试验
ansys APDL建模与结果后处理个人经验总结
结合自身经验，谈ANSYS中的APDL命令(一)关键字:ansys APDL命令流在ANSYS中，命令流是由一条条ANSYS的命令组成的一个命令组合，这些命令按照一定顺序排布，能够完成一定的ANSYS功能，本文是作者结合自身经验所总结的一些命令。
在ANSYS中，命令流是由一条条ANSYS的命令组成的一个命令组合，这些命令按照一定顺序排布，能够完成一定的ANSYS功能，这些功能一般来说通过菜单操作也能够实现（而那些命令流能够实现，菜单操作实现不了的单个命令比较少见）。
以下命令是结合我自身经验，和前辈们的一些经验而总结出来的，希望对大家有帮助。
（1）．Lsel,type,item,comp,vmin,vmax,vinc,kswp选择线type:s从全部线中选一组线r从当前选中线中选一组线a再选一部线附加给当前选中组aunoneu(unselect)inve:反向选择item:line线号loc坐标length线长comp:x,y,zkswp:0只选线1选择线及相关关键点、节点和单元（2）．Nsel,type,item,comp,vmin,vmax,vinc,kabs选择一组节点type:S:选择一组新节点（缺省）R:在当前组中再选择A:再选一组附加于当前组U:在当前组中不选一部分All:恢复为选中所有None:全不选Inve:反向选择Stat:显示当前选择状态Item:loc:坐标node:节点号Comp:分量Vmin,vmax,vinc:ITEM范围Kabs:“0”使用正负号“1”仅用绝对值（3）．Esel,type,item,comp,vmin,vmax,vinc,kabs选择一组单元type:S:选择一组单元（缺省）R:在当前组中再选一部分作为一组A:为当前组附加单元U:在当前组中不选一部分单元All:选所有单元None:全不选Inve:反向选择当前组Stat:显示当前选择状态Item：Elem:单元号Type:单元类型号Mat:材料号Real:实常数号Esys:单元坐标系号（4）.mp,lab,mat,co,c1,…….c4定义材料号及特性lab:待定义的特性项目（ex,alpx,reft,prxy,nuxy,gxy,mu,dens）ex:弹性模量nuxy:小泊松比alpx:热膨胀系数reft:参考温度reft:参考温度prxy:主泊松比gxy:剪切模量mu:摩擦系数dens:质量密度mat:材料编号（缺省为当前材料号）c:材料特性值，或材料之特性，温度曲线中的常数项c1-c4:材料的特性-温度曲线中1次项，2次项，3次项，4次项的系数（5）.定义DP材料：首先要定义EX和泊松比：MP，EX，MAT，……MP，NUXY，MAT，……定义DP材料单元表（这里不考虑温度）：TB，DP，MAT进入单元表并编辑添加单元表：TBDATA，1，CTBDATA，2，ψTBDATA，3，……如定义：EX=1E8，NUXY=0.3，C=27，ψ=45的命令如下：MP，EX，1，1E8MP，NUXY，1，0.3TB，DP，1TBDATA，1，27TBDATA，2，45这里要注意的是，在前处理的最初，要将角度单位转化到“度”，即命令：*afun,deg（6）.根据需要耦合某些节点自由度cp,nset,lab,,node1,node2,……node17nset:耦合组编号lab:ux,uy,uz,rotx,roty,rotz,allnode1-node17:待耦合的节点号。
AnsysWorkbench非线性分析牛顿辛普森法过程 ppt课件
2. 材料非线性
非线性应力应变关系是非线性结构行为的普遍原因.
应力
应力
应变
钢
应变
橡胶
3. 状态变化非线性 导致刚度突然变化的状态改变是非线性行为的另一个
普遍原因.
在此例中, 随着载荷的 增加, 接触状态从“开” 变为 “闭合”, 从而引 起刚度变化.
载荷步、子步、平衡迭代 a. 在静态分析中允许设置多个分析步，并一步一步
的求解 b.对于静态分析，终止时间被用作确定载荷步和载
荷子步的追踪器
终止时间
终止时间
载荷步与子步的关系
子步与平衡迭代的关系
载荷的施加方式
设置多步载荷
Fa :节点载荷 外载荷和约束力 Fnr :节点力 节点受其附近的单元施加的力
12 34
构件处于平衡状态，因
F2
此每个节点也平衡，即
F1 Fa
F4 节点力应等于节点载荷 ：
导入装配体，软件自动检测接触面并生成接触对,也可 以手动添加接触对
接触单元就像是在接触区域面上的“皮肤”，提 供了部件之间的相互关系。
在“contact”分支点击某个接触对，
构成这个接触对的部件就会变成半透明
与该接触对无关的部件变成全透明 接触面用红色和蓝色表示 Contact－接触面 Target－目标面
计算膜片弹簧大端加载——位移特性曲线的 A-L公式为 ：
F 16(1 E 2 1 )tlL (n R rl)2[h (R L r l1)h (2(R L rl)1)t2]
将膜片弹簧的尺寸代入 A-L公式为得大端载荷-位移曲线为 ：
F 12.6 99 1 9 329 1 28 912 138
接触的类型：
Bonded（绑定）: 这是AWE中关于接触的默认设置。如果 接触区域被设置为绑定，不允许面或线间有相对滑动或分离 。
Ansys Workbench中添加APDL扩展workbench功能
APDL 目前只能在Geometry,Contact，Environment 和Solution 下插入。
尚不能对Mesh 有何控制。
但我个人认为在V11 中，WB 的mesh 并不比Classic 的差。
在WB tree 的不同位置插入的APDL 跟在Classic 中相对应的环境如图所示在开始介绍前，有必要强调一下Named Selection ，因为这使得在APDL 中选上几何部分(点线面体)成为可能，而在APDL 中往往只对结构的一部分施加作用。
Named Selection 相当于Classic 中的CM 命令。
但在WB 中只会生成节点跟单元的集合。
到底是节点还是单元集合示情况而定。
比如Named Slection 是一个体，则肯定是单元集合。
Named Slection 是某个体上的一个面，则是节点集合，但是如果Named Slection 是壳结构上的一个面，则是单元集合。
在Geometry 和Contact 下插入APDL 是相对于Classic 中的/PREP7 环境。
我们在输入APDL 时可以不用以/PREP7 开头。
Enviornemnt 下的APDL 则对于/SOLU 环境。
如果我们需要/PREP7 下的命令，可以先转换，千万别忘了转回/SOLU 。
通常如下/PREP7 …… Fini /SOLU Solution 下的APDL 相对于/POST1 环境。
但也可以调用时间历程后处理。
但千万不能忘记转回/POST1 ，并确信是你所需要的荷载步。
比如/POST26 ... Fini /POST1 set,last 上面的最后一个命令也可以写成"set,near,,,0.1" 这个WB 就会给出时间为0.1 时的结果（如果已经存储的话）。
Geometry 下的APDL 在结构不同的部分下我们可以插入不同的APDL 。
而插入的APDL 只会对相对应的部分有影响。