ANSYSWorkbench結(jié)構(gòu)非線性培訓(xùn)概述

1、1會(huì)計(jì)學(xué)ANSYSWorkbench結(jié)構(gòu)非線性培訓(xùn)概述結(jié)構(gòu)非線性培訓(xùn)概述KFuKFu 線性結(jié)構(gòu)非常適宜有限元分析, 它是基于線性矩陣代數(shù).FuKTRubber Boot Seal 非線性幾何非線性幾何 (大應(yīng)變和大大應(yīng)變和大變形變形), 材料非線性材料非線性 (橡橡膠膠), 和狀態(tài)非線性和狀態(tài)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(gè)迭代個(gè)迭代.)Fax1234Newton-Raphson 方法F1x1 實(shí)際的力和位移關(guān)系實(shí)際的力和位移關(guān)系 (藍(lán)色點(diǎn)線所示藍(lán)色點(diǎn)線所示)

2、 預(yù)先不知道預(yù)先不知道. 因此因此, 執(zhí)行一系列的修正線性近似執(zhí)行一系列的修正線性近似. 這是這是Newton-Raphson 方法的簡(jiǎn)單方法的簡(jiǎn)單解釋解釋 (紅色實(shí)線所示紅色實(shí)線所示)FaFnrFaFnruFu位移位移 力力ustart 發(fā)散發(fā)散!Fu位移位移 力力ustart 收斂收斂在收斂半徑外開(kāi)始在收斂半徑外開(kāi)始在收斂半徑內(nèi)開(kāi)始在收斂半徑內(nèi)開(kāi)始Newton-Raphson 方法: 不保證所有狀況收斂! 只有開(kāi)始構(gòu)造在收斂半徑范圍內(nèi)的會(huì)收斂.Fuustart 逐漸施加載荷將目標(biāo)移動(dòng)到接近開(kāi)始逐漸施加載荷將目標(biāo)移動(dòng)到接近開(kāi)始點(diǎn)點(diǎn)F1Fuustart 使用加強(qiáng)收斂工具擴(kuò)大收斂半徑使用加強(qiáng)收斂

3、工具擴(kuò)大收斂半徑 Workbench Mechanical 綜合使用兩種策略達(dá)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(gè)問(wèn)題這三個(gè)問(wèn)題!n多次迭代增加總的求解時(shí)間.n使用自己的工程判斷決定提供多少計(jì)算代價(jià)，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(xì)節(jié).n, 值或復(fù)制到節(jié)點(diǎn)位置。n線性結(jié)果是外插值的n非線性結(jié)果是復(fù)制的s, euuB. 20-節(jié)點(diǎn)六面體8-節(jié)點(diǎn)六面體保留中節(jié)點(diǎn)保留中節(jié)點(diǎn)(二次形狀函數(shù)二次形狀函數(shù))放棄中節(jié)點(diǎn)放棄中節(jié)點(diǎn)(線性形狀函數(shù)線性形狀函數(shù))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(dòng)計(jì)算收斂容差. 在 Newton-Raphson 迭代過(guò)程中用來(lái)確定模型何時(shí)收斂或 “平衡” 默認(rèn)收斂準(zhǔn)則適用于大多工程應(yīng)用. 對(duì)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(zhuǎn)動(dòng)自由度(如. 出現(xiàn)梁/或殼單元的時(shí)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(zhuǎn)動(dòng) DOF 值的平衡檢查，作為對(duì)力 /力矩平衡的補(bǔ)充. 出現(xiàn)接觸非線性的時(shí)候, 默認(rèn)的并不包括這些額外的檢查，因?yàn)樗鼈儽徽J(rèn)為是會(huì)過(guò)度限制并可導(dǎo)致不必要的發(fā)散.求解信息圖中也分別用綠色和藍(lán)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(huì)導(dǎo)致只依賴位移收斂檢查某些情況會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤的結(jié)果錯(cuò)誤的結(jié)果.Big Residual 因?yàn)橐晕灰茷榛A(chǔ)的收斂?jī)H提供表現(xiàn)收斂的相對(duì)量度, 只用來(lái)作為對(duì)以力為基礎(chǔ)的收斂的補(bǔ)充. 以力為基礎(chǔ)的收斂提供了收斂量的絕對(duì)量度, 因?yàn)樗莾?nèi)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(wú)約束的) 系統(tǒng)或機(jī)械裝置沒(méi)有外力作用, 準(zhǔn)則 (eR * |F|2) 將為零. 如果準(zhǔn)則為零, 求解不會(huì)收斂! 在這種情況,程序重新定義準(zhǔn)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(wèn)題的物理性質(zhì).響應(yīng)歷程動(dòng)畫(huà)響應(yīng)歷程動(dòng)畫(huà)響應(yīng)歷程曲線圖響應(yīng)歷程曲線圖 模型所示是一裝配例子.FTargetContact當(dāng)接觸協(xié)調(diào)性不被強(qiáng)制時(shí)會(huì)發(fā)生滲透當(dāng)接觸協(xié)調(diào)性不被強(qiáng)制時(shí)會(huì)發(fā)生滲透. FFnxpnpenetrationormalnormalxkFnpenetrati

7、onormalnormalxkFnpenetrationormalnormalxkF罰函數(shù)法罰函數(shù)法 :增強(qiáng)拉格朗日法增強(qiáng)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(shù)法罰函數(shù)法Penetration積分點(diǎn)探測(cè)節(jié)點(diǎn)探測(cè)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(duì)于每個(gè)接觸探測(cè)點(diǎn)有三個(gè)選項(xiàng)來(lái)控制Pinball區(qū)域的大小.通過(guò)定義Pinball半徑，用戶可直觀確認(rèn)一個(gè)縫隙在綁定接觸行為是否被忽略，Pinba

9、ll區(qū)域?qū)τ诖笞冃螁?wèn)題和初始干涉問(wèn)題同樣非常重要。目標(biāo)面接觸面目標(biāo)面接觸面n另一方面, 如果使用積分點(diǎn)探測(cè)會(huì)有更多接觸探測(cè)點(diǎn), 所以每種接觸探測(cè)方法都有優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn).目標(biāo)面目標(biāo)面接觸面接觸面目標(biāo)面可滲透到接觸面目標(biāo)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(biāo)面接觸面目標(biāo)面接觸面實(shí)體面對(duì)實(shí)體面實(shí)體面對(duì)實(shí)體面面體的面對(duì)面體面體的面對(duì)面體 (或?qū)嶓w或?qū)嶓w ) 的面的面面體邊對(duì)表面體面體邊對(duì)表面體 (或?qū)嶓w或?qū)嶓w) 面面 Generate Contact on Update:若該選型設(shè)為若該選型設(shè)為Yes ，輸入，輸入模型模型(最新的最新的)時(shí)自動(dòng)創(chuàng)建面時(shí)自動(dòng)創(chuàng)建面/面接觸區(qū)域面接觸區(qū)域. 設(shè)置為設(shè)置為 No 仍然仍然允許手動(dòng)激活自動(dòng)生成接觸允許手動(dòng)激活自動(dòng)生成接觸

13、, 或手動(dòng)構(gòu)建接觸區(qū)域或手動(dòng)構(gòu)建接觸區(qū)域. Tolerance Type, Tolerance Value, and Tolerance Slider: CAD 系統(tǒng)創(chuàng)建的裝配體可能沒(méi)有精確裝配系統(tǒng)創(chuàng)建的裝配體可能沒(méi)有精確裝配, 導(dǎo)致兩導(dǎo)致兩體間的接觸區(qū)域有小的重合或間隙體間的接觸區(qū)域有小的重合或間隙. 可指定接觸探測(cè)容差可指定接觸探測(cè)容差來(lái)解決任何的不精確來(lái)解決任何的不精確 (只適用于自動(dòng)接觸探測(cè)只適用于自動(dòng)接觸探測(cè)).CAD 部件間存在的部件間存在的間隙間隙圖示說(shuō)明用戶定義的接圖示說(shuō)明用戶定義的接觸探測(cè)容差值觸探測(cè)容差值 209個(gè)部件 450 個(gè)對(duì)稱接觸對(duì) 115萬(wàn)個(gè)自由度“Face Ov

14、errides” 選項(xiàng)使面/面接觸優(yōu)先于面/邊和邊/邊接觸. Face Overrides 也使面/邊接觸優(yōu)先于邊/邊接觸. 一般來(lái)說(shuō), 對(duì)面/邊和邊/邊接觸設(shè)置了Face Overrides, 會(huì)探測(cè)不到邊/邊接觸對(duì). “Edge Overrides” 使邊/邊接觸優(yōu)先于面/邊和面/面接觸. Edge Overrides 也使面/邊接觸優(yōu)先于面/面接觸. 一般來(lái)說(shuō),對(duì)面/邊和面/面接觸設(shè)置了Edge Overrides,會(huì)探測(cè)不到面/面接觸對(duì). Group By: Search Across: . n無(wú)摩擦, 粗糙,或 摩擦接觸類型和界面處理 的幾何間隙欄 設(shè)為Add Offset. Ste

15、p 1Step 2Status = ClosedStatus = ClosedStatus = Open-near field 自動(dòng)二分 接觸行為在每個(gè)子步后檢查，來(lái)決定接觸狀態(tài)中是否有過(guò)大的穿透或改變出現(xiàn)。如果有，當(dāng)前子步用二分時(shí)間增量（減半）重估。 下例中，當(dāng)一個(gè)局部接觸狀態(tài)的改變導(dǎo)致總體結(jié)構(gòu)剛度顯著改變時(shí)，自動(dòng)二分可以確保收斂。僅在該區(qū)域?qū)佑|僅在該區(qū)域?qū)佑|狀態(tài)的改變使用自狀態(tài)的改變使用自動(dòng)時(shí)間步動(dòng)時(shí)間步.FSubstep 1Substep 2Substep 3因?yàn)榇植诘臅r(shí)間步，因?yàn)榇植诘臅r(shí)間步，錯(cuò)過(guò)了接觸。錯(cuò)過(guò)了接觸。自動(dòng)減小時(shí)間步以自動(dòng)減小時(shí)間步以捕捉接觸狀態(tài)的改捕捉接觸狀態(tài)的改變。變。normaltangentialFFFnF