非线性_结构分析
文学中的非线性叙事结构分析
文学中的非线性叙事结构分析在文学作品中，叙事结构是作者用来组织故事情节的方式。
传统上，线性叙事结构是最常见的形式，即按照时间先后顺序叙述故事。
然而，一些作家选择采用非线性叙事结构，以强调记忆、意识、梦境或多维度的时间观念。
本文将探讨文学中的非线性叙事结构，并分析其形式和作用。
一、回溯叙事回溯叙事是一种非线性叙事结构的常见形式。
在回溯叙事中，故事的时间顺序是倒转的，故事开始于结尾或某个关键事件，然后通过回顾、回忆或者回溯来展开。
这种结构常常用来显示主角的成长、回忆过去的经历或者揭示故事的真相。
以约瑟夫·康拉德的小说《黑暗之心》为例，故事以主人公查尔斯·马罗的结局开始，而后通过马罗的回忆来揭示他在非洲殖民地的经历。
这种结构通过将过去和现在的经历穿插在一起，以一种错综复杂的方式展示了主人公的内心世界和故事的发展。
回溯叙事不仅能增加悬疑和紧张感，还能让读者更好地理解主人公的心理状况和背景故事。
通过破坏时间的连续性，作家能够更深入地探索人类经验中的复杂性和多样性。
二、碎片化叙事碎片化叙事是另一种常见的非线性叙事结构。
在这种结构中，故事被分解为多个片段，时间和空间不再有固定顺序，而是交错出现。
这种结构常常用来探索片断化的记忆、多重视角或者非线性的时间流动。
弗吉尼亚·伍尔夫的小说《到灯塔去》就采用了碎片化叙事结构。
故事以一群人在一天中的午餐开始，然后通过不同人物的内心独白和回忆，展现出他们之间错综复杂的关系和各自的人生历程。
作者通过这种结构让读者深入了解人物的思维过程，以及他们对时间和经历的观察。
碎片化叙事结构具有诗意和启示性，能够创造出非常个性化的故事体验。
通过将故事断片化，作家能够以全新的方式重新构想和组织叙事，给读者留下更多想象和解释的空间。
三、多线叙事多线叙事是指故事中同时存在多个平行的故事线。
每个故事线都有独立的时间和情节，但它们可能会在某些关键点上相互交叉或连接。
这种结构可以使故事更加丰富和复杂，同时也能够呈现出不同人物和事件之间的关系和互动。
桥梁结构的非线性分析方法
桥梁结构的非线性分析方法桥梁是连接两个地域的重要交通设施，承受着巨大的荷载和变形。
为了确保桥梁的稳定性和可靠性，在设计和建造过程中需要进行结构分析。
传统的线性分析方法已经无法满足对桥梁结构的准确评估，因此，非线性分析方法逐渐被引入和广泛应用。
本文将介绍几种常用的桥梁结构非线性分析方法。
一、准线性分析方法准线性分析方法即在原有线性分析的基础上考虑桥梁结构的非线性效应。
例如，在分析桥梁受力时，考虑构件材料的非线性特性，如应力-应变关系曲线的非线性。
准线性分析方法可以通过有限元分析软件进行模拟，得到更真实的结构响应。
此外，准线性分析方法还可以考虑温度、湿度等环境因素的非线性效应，提高分析的准确性。
二、非弹性分析方法非弹性分析方法是对桥梁结构进行全面的非线性分析。
这种方法考虑了更多的非线性效应，如材料的塑性变形、结构的屈曲行为、接缝的摩擦阻尼等。
非弹性分析方法可以更准确地预测桥梁结构在各种荷载作用下的变形和破坏行为。
然而，由于计算复杂度高，非弹性分析方法通常用于重要的桥梁工程和特殊结构的设计。
三、时程分析方法时程分析方法是一种考虑桥梁与动力荷载相互作用的非线性分析方法。
在桥梁设计和评估过程中，需要考虑地震、风荷载等动力荷载的影响。
时程分析方法可以模拟动力荷载的传递过程，并分析结构的响应。
通过这种方法，可以研究桥梁在不同地震强度下的动力性能，预测其破坏的可能性。
四、损伤识别方法损伤识别方法是一种通过监测和分析桥梁结构的响应，判断其是否存在损伤或破坏的非线性分析方法。
这种方法可以通过搜集结构的振动信号、形变数据等，利用信号处理和模式识别技术，判断桥梁的结构状态。
损伤识别方法可以帮助工程师及时发现桥梁的隐患，进行维修和加固，确保其安全性和可靠性。
综上所述，桥梁结构的非线性分析方法为桥梁设计和评估提供了更准确的工具。
无论是准线性分析方法、非弹性分析方法还是时程分析方法，都可以帮助工程师更好地了解桥梁结构的行为和性能。
非线性结构的变形与稳定性分析
非线性结构的变形与稳定性分析随着科技的进步和工程领域的发展，越来越多的非线性结构被广泛应用于各种工程项目中。
非线性结构的变形与稳定性分析成为了一个重要的研究领域。
本文将从非线性结构的变形分析和稳定性分析两个方面进行探讨。
一、非线性结构的变形分析非线性结构的变形分析是指在施加荷载作用下，结构的变形情况以及在变形过程中的力学特性如何变化的研究。
非线性结构的变形分析需要考虑以下几个因素：1. 材料非线性材料的非线性是非线性结构变形的主要原因之一。
传统的线弹性理论无法准确描述结构在大变形情况下的行为。
因此，非线性材料力学性质的研究和建模非常重要。
2. 几何非线性几何非线性是指在变形过程中，结构的形状和尺寸发生变化，相邻杆件之间的夹角和边长发生变化。
几何非线性的存在使得结构的变形情况更为复杂。
3. 边界条件非线性边界条件的非线性是指结构的边界条件随着变形而变化。
例如，施加在结构上的约束力随着变形而变化，从而影响结构的变形情况。
4. 辅助载荷非线性辅助载荷的非线性是指在结构变形过程中，施加在结构上的辅助力随着变形而变化。
这些辅助载荷可能来自于支撑结构的杆件或者其他零部件。
二、非线性结构的稳定性分析非线性结构的稳定性分析是指在施加荷载作用下，结构是否能够保持平衡和稳定的研究。
稳定性分析是保证结构安全性和可靠性的重要手段，需要考虑以下几个因素：1. 局部稳定性局部稳定性是指结构中的局部部分在承受荷载时是否会发生失稳。
局部失稳可能导致结构的整体性能下降，甚至引起局部的崩塌或破坏。
2. 全局稳定性全局稳定性是指整个结构在承受荷载时是否能够保持平衡和稳定。
全局失稳可能导致结构整体的倾覆、折断等严重后果。
3. 塑性转变塑性转变是非线性结构在承受荷载过程中由弹性状态向塑性状态的转变过程。
塑性转变对于结构的稳定性具有重要影响，需要进行充分的分析和设计。
4. 承载能力分析承载能力分析是指在稳定性分析的基础上，对结构的最大承载能力进行评估和计算。
建筑结构的非线性分析
建筑结构的非线性分析建筑结构的非线性分析是对建筑结构进行分析时所面临的一种难题。
一方面，建筑结构本身复杂多变，在外力作用下会呈现出非线性响应；另一方面，建筑结构的分析不仅需要考虑结构的受力状态，还要考虑材料、几何、荷载等因素的影响。
因此，建筑结构的非线性分析是一项非常重要的任务，它可以帮助工程师更准确地预测结构的响应，并为结构的优化设计提供有力的支持。
建筑结构的非线性响应建筑结构的非线性响应是由于材料的非线性特性、几何的非线性特性、以及受力状态的非线性特性等因素导致的。
这些因素可以是单独的，也可以是相互作用的。
其中，材料的非线性特性是指材料的力学特性呈现出非线性的形态，例如材料在不同的荷载下呈现出不同的弹性模量和极限应变等；几何的非线性特性是指结构的形态或尺寸呈现出非线性的形态，例如结构由于荷载作用变形，导致结构的尺寸出现变化；而受力状态的非线性特性是指在不同荷载作用下，结构的刚度、强度等性质呈现出非线性的形态。
建筑结构的非线性分析方法建筑结构的非线性分析方法包括有限元法、分步分析法、极限荷载法等。
其中，有限元法是应用最为广泛的分析方法之一，它利用有限元离散化的方法来近似连续介质结构的行为和响应，可以进行非线性材料、几何和受力状态的分析，并能够准确地描述结构的弯曲、剪切、扭转、局部破坏及塑性行为等现象。
与有限元法不同的是，分步分析法是一种迭代计算方法，其基本思想是将整个分析过程分成若干个阶段，逐步引入不同的非线性因素，从而分析出每个阶段的响应结果。
而极限荷载法则是一种经验法，它忽略计算领域中不便考虑的因素，例如非线性响应的微小变化、材料的粘性和不均匀性等，而仅仅关注于结构在极限荷载下的反应，从而得出结构的破坏载荷。
建筑结构的非线性分析应用建筑结构的非线性分析应用非常广泛，可以用于结构的优化设计、结构的健康监测和结构的可靠性评估等方面。
首先，在结构的优化设计方面，非线性分析可以帮助工程师更准确地预测结构的响应，并根据所得到的结果对结构进行优化设计，从而提高结构的性能。
建筑结构中的非线性分析技术
建筑结构中的非线性分析技术建筑结构是人类创造的伟大艺术之一。
它不仅要满足美学需求，还要承担起保护人类安全的重要责任。
为了确保建筑结构的安全性与稳定性，非线性分析技术在建筑工程中起到了至关重要的作用。
传统结构分析方法是基于线性理论，即结构材料行为具有完全弹性与完全塑性两种极端假设。
然而，在实际的工程中，结构材料的行为常常介于完全弹性与完全塑性之间，线性理论无法准确描述这种非线性问题。
非线性分析技术通过引入材料的非线性、几何的非线性以及接触的非线性等因素，能够更真实地反映结构的实际响应。
其中，材料的非线性是指材料应力和应变之间的关系不是线性的。
而几何的非线性则是指结构在荷载作用下产生明显的形变，不能再假设为刚性变换。
接触的非线性是指结构中两个或多个接触表面间出现的相互作用。
在建筑结构中，非线性分析技术主要应用于以下几个方面。
首先是承重墙结构的分析。
承重墙结构由厚度较大的墙体构成，其受力性能通常呈现出明显的非线性特征。
非线性分析可以准确评估承重墙结构的抗震性能，为设计者提供合理的设计依据。
其次是钢筋混凝土结构的分析。
钢筋混凝土结构以其较好的延性和抗震性能广泛应用于建筑工程中。
然而，由于钢筋混凝土结构的材料非线性和几何非线性影响，其抗震性能难以通过线性方法准确评估。
而采用非线性分析技术，可以更加准确地分析结构的荷载-位移曲线，预测结构的破坏模式和承载力。
另外，非线性分析技术还广泛应用于地震工程中。
地震是造成建筑结构倒塌的主要因素之一。
通过非线性分析，工程师可以更好地了解结构在地震荷载下的响应，识别结构的脆弱部位，并采取相应的加固措施，提高结构抗震能力。
此外，在大跨度建筑中，非线性分析技术也起到了重要作用。
大跨度建筑常常由软性结构和刚性结构相互组合而成，结构的几何形态产生的非线性效应十分明显。
非线性分析技术可以更好地考虑结构的刚度变化和荷载分布，从而预测结构的变形和破坏，保证结构的安全性。
总之，非线性分析技术在建筑结构中发挥着重要作用。
桥梁结构的非线性分析与优化
桥梁结构的非线性分析与优化桥梁是连接两个地理区域的重要基础设施，因其承受巨大的荷载和自然环境的影响，需要进行准确的分析和有效的优化。
随着计算机技术的进步，非线性分析在桥梁工程中得到了广泛应用。
本文将就桥梁结构的非线性分析方法以及优化技术做一综述，并探讨其在实际工程中的应用。
一、桥梁结构的非线性分析方法1.传统的线性分析传统的桥梁结构分析方法基于线弹性理论，即假设材料具有线性弹性行为。
这种方法适用于小变形和低荷载情况下的桥梁设计，但无法准确预测桥梁在极限荷载和大变形下的响应。
2.几何非线性分析几何非线性是指考虑桥梁在大位移和大变形情况下的行为。
这种分析方法需要考虑桥梁结构的非线性几何效应，如因材料体积变化导致的应力和应变的非线性，以及拉压杆和刚性桥梁的非线性。
几何非线性分析可用于预测桥梁塌方、挠度以及桥墩的稳定性等情况。
3.材料非线性分析材料非线性主要涉及材料本身的非线性性质，如混凝土的压缩、拉伸、剪切和抗裂性能等。
对桥梁结构进行材料非线性分析可以更准确地预测桥梁在高应变、高荷载情况下的破坏行为。
4.接触非线性分析接触非线性分析考虑桥梁结构中的接触和摩擦效应。
在桥梁中存在着梁与梁、梁与墩、墩与地基等接触面，接触非线性分析可以更精确地模拟这种接触行为，预测接触界面的变形和局部应力。
二、桥梁结构的非线性优化技术1.参数优化参数优化是指通过改变桥梁结构的几何形状、材料属性等参数，使得桥梁在给定的约束条件下达到最优的性能。
该优化方法可以用于提高桥梁的承载能力、减小自重、最小化材料消耗等。
2.形状优化形状优化是通过改变桥梁的几何形状来提高其性能。
常见的形状优化方法包括参数线性化、敏感性分析和优化算法等。
形状优化可用于改善桥梁的刚度、减小应力集中以及提高桥梁的自然频率等方面。
3.拓扑优化拓扑优化是通过改变桥梁结构的拓扑形态来实现最优设计。
该优化方法考虑了材料的分布和形态，以使桥梁具备最佳的力学性能。
拓扑优化可用于降低桥梁的质量、减小桥梁的应力集中以及提高桥梁的刚度等方面。
结构非线性分析与优化设计
结构非线性分析与优化设计结构非线性分析与优化设计是结构工程领域中的重要研究方向，它主要涉及结构的非线性行为和优化设计方法。
本文将从非线性分析和优化设计两个方面进行阐述。
结构非线性分析是指在结构受力过程中，考虑材料和结构的非线性特性，通过数值模拟方法对结构的力学行为进行分析。
相比于线性分析，非线性分析能够更准确地描述结构的实际受力情况，对于解决结构的强度、稳定性和动力响应等问题具有重要意义。
结构的非线性行为主要包括材料的非线性、几何的非线性和接触的非线性等。
材料的非线性是指材料的应力-应变关系在大应变条件下不再是线性的，例如混凝土的压缩变形、钢材的塑性变形等。
几何的非线性是指结构在承受大变形时，结构的刚度和形状发生变化，例如悬索桥的索线变形、高层建筑的侧移等。
接触的非线性是指结构中的接触面在受力过程中发生滑移或分离，例如螺栓连接的接触面滑移、接触面的分离等。
为了进行结构的非线性分析，需要选择适当的数值模拟方法。
常用的方法包括有限元法、边界元法、离散元法等。
有限元法是最常用的方法，它将结构离散为有限个小单元，通过求解节点上的位移和应力来得到结构的力学行为。
边界元法则是将结构的边界离散为小单元，通过求解边界上的位移和应力来得到结构的力学行为。
离散元法则是将结构离散为大量的小颗粒，通过求解颗粒之间的相互作用力来得到结构的力学行为。
结构的优化设计是指在满足一定约束条件下，通过调整结构的形状、尺寸和材料等参数，使结构在给定的性能指标下达到最优。
优化设计的目标可以是结构的强度、刚度、稳定性、自振频率等。
优化设计可以通过数值优化方法来实现，常用的方法包括遗传算法、粒子群算法、模拟退火算法等。
这些方法通过迭代搜索的方式，在设计空间中寻找最优解。
结构的非线性分析与优化设计相互关联，非线性分析为优化设计提供了准确的力学行为，而优化设计则可以通过调整结构参数来改善结构的性能。
例如，在进行优化设计时，可以通过非线性分析得到结构的应力分布情况，然后根据应力分布情况调整结构的形状和尺寸，以提高结构的强度和稳定性。
钢结构的非线性分析
钢结构的非线性分析钢结构作为一种重要的结构形式，在建筑和工程领域被广泛应用。
而在设计和分析这类结构时，非线性分析是不可或缺的一部分。
本文将围绕钢结构的非线性分析展开讨论，并就该主题进行全面的阐述。
一、引言钢结构的非线性分析是指在考虑结构材料和结构构件在受荷过程中的非线性特性的条件下，对结构的变形、承载力和稳定性进行分析。
与线性分析相比，非线性分析更为精确，能够更好地反映实际结构的力学行为。
因此，在实际工程设计中，钢结构的非线性分析具有重要意义。
二、非线性分析的类型1. 几何非线性分析几何非线性分析是指在受荷过程中，结构的几何形状发生较大变形时的分析方法。
在传统线性分析中，通常假设结构的变形是较小的，而几何非线性分析则能更准确地考虑结构变形对力学特性的影响。
2. 材料非线性分析材料非线性分析是指考虑结构材料在受荷过程中的非线性特性进行的分析。
钢材的应力-应变曲线在高应力水平下表现出明显的非线性特性，材料非线性分析能更真实地模拟实际情况，确保结构的安全性。
3. 接触非线性分析钢结构中的接触问题也是需要考虑的一个重要方面。
接触非线性分析是指在考虑结构构件之间接触和摩擦时进行的分析。
通过准确分析接触问题，可以更精确地确定结构的承载能力和变形情况。
三、非线性分析的数值方法为了实现钢结构的非线性分析，需要借助于数值计算方法。
目前常用的数值方法包括有限元法、非线性弹性法和塑性铰接法等。
1. 有限元法有限元法是一种将结构划分为许多小单元，通过对这些小单元的力学特性进行分析，再综合考虑整体的力学性能的分析方法。
对于钢结构的非线性分析，有限元法能够较准确地考虑结构材料和几何的非线性特性。
2. 非线性弹性法非线性弹性法是基于弹性理论的扩展，通过引入非线性材料的应力-应变关系进行分析。
该方法适用于分析较小变形下的结构非线性行为。
3. 塑性铰接法塑性铰接法是一种将钢材的塑性行为简化为铰节点模型的分析方法。
通过确定铰节点的位置和性能，可以快速而准确地分析钢结构的非线性特性。
非线性结构有限元分析课件
非线性结构有限元分析的步骤与流程
• 设定边界条件和载荷，如固定约束、压力 或力矩等。
非线性结构有限元分析的步骤与流程
01 步骤三：求解
02
选择合适的求解器，如Newton-Raphson迭代法或 直接积分法。
03 进行迭代计算，求解非线性结构的内力和变形。
非线性结构有限元分析的步骤与流程
01
步骤四：后处理
非线性有限元分析的基本概念
总结词
非线性有限元分析是一种数值分析方法，通过将复杂的结构或系统离散化为有限个小的单元，并建立 每个单元的数学模型，来模拟和分析结构的非线性行为。
详细描述
非线性有限元分析是一种基于离散化的数值分析方法，通过将复杂的结构或系统划分为有限个小的单 元（或称为有限元），并建立每个单元的数学模型，来模拟和分析结构的非线性行为。这种方法能够 考虑各种复杂的边界条件和材料特性，提供更精确的数值结果。
非线性有限元分析的常用方法
总结词
非线性有限元分析的常用方法包括迭代法、增量法、 降维法等。这些方法可以根据不同的非线性问题选择 使用，以达到更好的分析效果。
详细描述
在非线性有限元分析中，常用的方法包括迭代法、增量 法、降维法等。迭代法是通过不断迭代更新有限元的位 移和应力，逐步逼近真实解的方法；增量法是将总载荷 分成若干个小的增量，对每个增量进行迭代计算，最终 得到结构的总响应；降维法则是通过引入一些简化的假 设或模型，将高维的非线性问题降维处理，以简化计算 和提高计算效率。这些方法各有优缺点，应根据具体的 非线性问题选择使用。
03
02
弹性后效
材料在卸载后发生的变形延迟现象。
材料强化
材料在受力过程中发生的强度增加 现象。
04
非线性_结构分析
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），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）。
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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模态分析---用于计算结构的固有频率和模态谐波分析---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曲屈分析---用于计算曲屈载荷和确定曲屈模态ANSYS可进行线性特征值和非线性曲屈分析显式动力分析---ANSYS/LS-DYNA可用于计算高度非线性动力学和复杂的接触问题此外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 271 3 非线性结构静力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─1a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─1b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─1c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它变化的几何形状可能会引起结构的非线性地响应一个例的垂向刚性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图1─2 钓鱼杆示范几何非线性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牛顿一拉森方法ANSYS程序的方程求解器计算一系列的联立线性方程来预测工程系统的响应然而非线性结构的行为不能直接用这样一系列的线性方程表示需要一系列的带校正的线性近似来求解非线性问题逐步递增载荷和平衡迭代一种近似的非线性救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增量之前程序调整刚度矩阵以反映结构刚度的非线性变化遗憾的是纯粹的增量近似不可避免地随着每一个载荷增量积累误差导种结果最终失去平衡如图1─3a所示所示.a 纯粹增量式解b)全牛顿拉普森迭代求解2个载荷增量图8─3 纯粹增量近似与牛顿拉普森近似的关系ANSYS程序通过使用牛顿拉普森平衡迭代克服了这种困难它迫使在每一个载荷增量的末端解达到平衡收敛在某个容限范围内图1─3b)描述了在单自由度非线性分析中牛顿拉普森平衡迭代的使用在每次求解前NR方法估算出残差矢量这个矢量是回复力对应于单元应力的载荷和所加载荷的差值程序然后使用非平衡载荷进行线性求解且核查收敛性如果不满足收敛准则重新估算非平衡载荷修改刚度矩阵获得新解持续这种迭代过程直到问题收敛ANSYS程序提供了一系列命令来增强问题的收敛性如自适应下降线性搜索自动载荷步及二分等可被激活来加强问题的收敛性如果不能得到收敛那么程序或者继续计算下一个载荷前或者终止依据你的指示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这种迭代方法以图形表示在图1─4中图1─4传统的NR方法与弧长方法的比较非线性求解的组织级别非线性求解被分成三个操作级别载荷步子步平衡迭代顶层级别由在一定时间范围内你明确定义的载荷步组成假定载荷在载荷步内是线性地变化的在每一个载荷是步内为了逐步加载可以控制程序来执行多次求解子步或时间步在每一个子步内程序将进行一系列的平衡迭代以获得收敛的解图1─5说明了一段用于非线性分析的典型的载荷历史图1─5载荷步子步及时间收敛容限当你对平衡迭代确定收敛容限时你必须答这些问题你想基于载荷变形还是联立二者来确定收敛容限既然径向偏移以弧度度量比对应的平移小你是不是想对这些不同的条目建立不同的收敛准则当你确定收敛准则时ANSYS程序会给你一系列的选择你可以将收敛检查建立在力力矩位移转动或这些项目的任意组合上另外每一个项目可以有不同的收敛容限值对多自由度问题你同样也有收敛准则的选择问题当你确定你的收敛准则时记住以力为基础的收敛提供了收敛的绝对量度而以位移为基础的收敛仅提供了表观收敛的相对量度因此你应当如果需要总是使用以力为基础或以力矩为基础的收敛容限如果需要可以增加以位移为基础或以转动为基础的收敛检查但是通常不单独使用它们图1─6说明了一种单独使用位移收敛检查导致出错情况在第二次迭代后计算出的位移很小可能被认为是收敛的解尽管问题仍旧远离真正的解要防止这样的错误应当使用力收敛检查图1─6完全依赖位移收敛检查有时可能产生错误的结果保守行为与非保守行为过程依赖性如果通过外载输入系统的总能量当载荷移去时复原我们说这个系统是保守的如果能量被系统消耗如由于塑性应变或滑动摩擦我们说系统是非保守的一个非守恒系统的例子显示在图1─7一个保守系统的分析是与过程无关的通常可以任何顺序和以任何数目的增量加载而不影响最终结果相反地一个非保守系统的分析是过程相关的必须紧紧跟随系统的实际加载历史以获得精确的结果如果对于给定的载荷范围可以有多于一个的解是有效的如在突然转变分析中这样的分析也可能是过程相关的过程相关问题通常要求缓慢加载也就是使用许多子步到最终的载荷值图1─7 非守恒过程相关的过程子步当使用多个子步时你需要考虑精度和代价之间的平衡更多的子步骤也就是小的时间步通常导致较好的精度但以增多的运行时间为代价ANSYS提供两种方法来控制子步数子步数或时间步长我们即可以通过指定实际的子步数也可以通过指定时间步长控制子步数自动时间步长ANSYS程序基于结构的特性和系统的响应来调查时间步长子步数如果你的结构在它的整个加载历史期间显示出高度的非线性特点而且你对结构的行为子解足够好可以确保深到收敛的解那么你也许能够自己确定多小的时间步长是必需的且对所有的载荷步使用这同一时间步务必允许足够大的平衡迭代数自动时间分步如果你预料你的结构的行为将从线性到非线性变化你也许想要在系统响应的非线性部分期间变化时间步长在这样一种情况你可以激活自动时间分步以便随需要调整时间步长获得精度和代价之间的良好平衡同样地如果你不确信你的问题将成功地收敛你也许想要使用自动时间分步来激活ANSYS程序的二分特点二分法提供了一种对收敛失败自动矫正的方法无论何时只要平衡迭代收敛失败二分法将把时间步长分成两半然后从最后收敛的子步自动重启动如果已二分的时间步再次收敛失败二分法将再次分割时间步长然后重启动持续这一过程直到获得收敛或到达最小时间步长由你指定载荷和位移方向当结构经历大变形时应该考虑到载荷将发生了什么变化在许多情况中无论结构如何变形施加在系统中的载荷保持恒定的方向而在另一些情况中力将改变方向随着单元方向的改变而变化ANSYS程序对这两种情况都可以建模依赖于所施加的载荷类型加速度和集中力将不管单元方向的改变而保持它们最初的方向表面载荷作用在变形单元表面的法向且可被用来模拟跟随力图1─8说明了恒力和跟随力注意──在大变形分析中不修正结点坐标系方向因此计算出的位移在最初的方向上输出图1─8 变形前后载荷方向非线性瞬态过程的分析用于分析非线性瞬态行为的过程与对线性静态行为的处理相似以步进增量加载程序在每一步中进行平衡迭代静态和瞬态处理的主要不同是在瞬态过程分析中要激活时间积分效应因此在瞬态过程分析中时间总是表示实际的时序自动时间分步和二等分特点同样也适用于瞬态过程分析非线性分析中用到的命令使用与任何其它类型分析的同一系列的命令来建模和进行非线性分析同样无论你正在进行何种类型的分析你可从用户图形界面GUI选择相似的选项来建模和求解问题本章后面的部分非线性实例分析命令给你显示了使用批处理方法用 ANSYS分析一个非线性分析时的一系列命令另一部分非线性实例分析GUI方法给你显示了如何从ANSYS的GUI中执行同样的例子分析非线性分析步骤综述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适当过程中添加了需要的非线形特性如何进行非线性静态分析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三个主要步骤组成1建模2加载且得到解3考察结果步骤1建模这一步对线性和非线性分析都是必需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步骤2加载且得到解在这一步中你定义分析类型和选项指定载荷步选项开始有限无求解既然非线性求解经常要求多个载荷增量且总是需要平衡迭代它不同于线性求解处理过程如下1进入ANSYS求解器命令/SolutionGUI Main Menu>Solution2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表1─1 分析类型和分析选项这些选项中的每一个都将在下面详细地解释选项新的分析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全NROPT FNLL程序使用完全的牛顿拉普森处理方法在这种处理方法中每进行一次平衡迭代修改刚度矩阵一次如果自适应下降是关闭的程序每一次平衡迭代都使用正切刚度矩阵我们一般不建议关闭自适应下降但是你或许发现这样做可能更有效如果自适应下降是打开的缺省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修正的NROPT MODI程序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是不可用的初始刚度NROPT INIT程序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是不可用的选项方程求解器对于非线性分析使用前面的求解器缺省选项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普通选项包括下列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非线性分析要求在每一个载荷步内有多个子步或时间步这两个术语是等效的从而ANSYS可以逐渐施加所给定的载荷得到精确的解NSUBST和DELTIM命令都获得同样的效果给定载荷步的起始最小及最大步长NSNBST 定义在一个载荷步内将被使用的子步的数目而DELTIM明确地定义时间步长如果自动时间步长是关闭的那么起始子步长用于整个载荷步缺省时是每个载荷步有一个子步渐进式或阶跃式的加载在与应变率无关的材料行为的非线性静态分析中通常不需要指定这个选项因为依据缺省载荷将为渐进式的阶跃式的载荷KBC1除了在率─相关材料行为情状下蠕变或粘塑性在静态分析中通常没有意义自动时间分步AUTOTS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缺省时是OFF关闭你可以用AUTOTS命令打开自动时间步长和二分法通过激活自动时间步长可以让程序决定在每一个载荷步内使用多少个时间步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非线性选项程序将连续进行平衡迭代直到满足收敛准则或者直到达到允许的平衡迭代的最大数NEQIT我们可以用缺省的收敛准则也可以自己定义收敛准则收敛准则CNVTOL缺省的收敛准则依据缺省程序将以V ALUE TOLER的值对力或者力矩进行收敛检查V ALUE的缺省值是在所加载荷或所加位移Netwton-Raphson回复力的SRSS和MINREF其缺省为1.0中取值较大者TOLER的缺省值是0.001你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上注意──如果你明确地定义了任何收敛准则CNVTOL缺省准则将失效因此如果你定义了位移收敛检查你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用户收敛准则你可以定义用户收敛准则替代缺省的值使用严格的收敛准则将提高你的结果的精度但以多更次的平衡迭代为代价如果你想严格加放松你的准则你应当改变TOLER两个数量级一般地你应当继续使用V ALUE 的缺省值也就是通过调整TOLER而不是V ALUL 改变收敛准则你应当确保MINREF=1.0的缺省值在你的分析范围内有意义在单一和多DOF系统中检查收敛要在单自由度DOF系统中检查收敛你对这一个DOF计算出不平衡力然后对照给定的收敛准则V ALUE*TOLER参看这个值同样也可以对的单一DOF的位移(和旋度)收敛进行类似的检查然而在多DOF系统中你也许想使用不同的比较方法ANSYS程序提供三种不同的矢量规范用于收敛核查无限规范在你模型中的每一个DOF处重复单DOF核查LI规范将收敛准则同所有DOFS的不平衡力力矩的绝对值的总和相对照L2规范使用所有DOFS不平衡力或力矩的平方总和的平方根进行收敛检查实例对于下面例子如果不平衡力在每一个DOF处单独检查小于或等于50000.0005也就是2.5且如果位移的改变以平方和的平方根检查小于或等于100.001也就是0.01子步将认为是收敛的CNVTOL F50000.0050CNVTOL U100.001 2平衡迭代的最大次数NEQIT使用这个选项来对在每一个子步中进行的最大平衡迭代次数实行限制缺省=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你在NCNV命令中发出的指示求解终止选项NCNV这个选项处理五种不同的终止准则如果位移太大它建立一个用于终止分析和程序执行的准则它对累积迭代次数设置限制它对整个时间设置限制它对整个CPU时间设置限制弧长选项ARCLEN如果你预料结构在它的载荷历史内在某些点将变得物理意义上不稳定也就是结构的载荷位移曲线的斜度将为0或负值你可以使用弧长方法来帮助稳定数值求解。