23ansys高級非線性培訓手冊-文庫吧在線文庫

　　

【正文】 ural Nonlinearities Training Manual September 30, 2001 Inventory 001491 TOC2 目錄 1. 引言 A. 課程目標 14 B. 課程材料 17 C. 包括的主題 18 D. 附錄 A ? 材料輸入 19 ? 材料 GUI 110 2. 單元技術 本章概述 22 A. 傳統位移公式 25 B. 連續單元中剪切和體積鎖定 29 C. 選擇縮減積分 (Bbar) 223 D. 一致縮減積分 (URI) 227 E. 增強應變公式 234 F. 混合 UP 公式 244 G. 對連續單元的一般建議 260 H. 殼單元 266 I. 梁單元 284 3. 高級率無關塑性 A. 率無關塑性的背景 34 B. von Mises 屈服準則 314 C. 各向異性 /Hill 勢 l (HILL) 320 D. 各向異性 /廣義 Hill勢 (ANISO) 329 E. Voce 非線性等向強化 (NLISO) 342 F. 線性隨動強化 348 G. Chaboche 非線性隨動強化 (CHAB) 351 H. 混合強化 (CHAB + xISO) 360 I. 循環強化和循環軟化 370 J. 棘輪和調整 376 K. 塑性問題過程 386 4. 蠕變 A. 蠕變背景 44 B. 術語的定義 49 C. 一般蠕變方程 415 D. 隱式蠕變過程 420 E. 顯式蠕變過程 434 F. 求解蠕變問題 444 G. 隱式蠕變和顯式蠕變的比較 455 Advanced Structural Nonlinearities Training Manual September 30, 2001 Inventory 001491 TOC3 continued Table of Contents 5. 粘塑性 A. 粘塑性背景 53 B. RATE 粘塑性選項 (Perzvna and Peirce) 56 C. ANAND 粘塑性選項 (Anand 模型 ) 519 D. 求解粘塑性問題 528 6. 超彈性 A. 橡膠的物理學背景 63 B. 超彈性理論背景 66 C. 應變能勢的特殊形式 (18x 單元 ) 614 D. HYPERxx單元的考慮事項 638 E. 求解超彈性模型 644 F. 材料測試和曲線擬合 662 7. 粘彈性 A. 粘彈性理論背景 74 B. 流變模型 (Maxwell, KelvinVoigt, 標準線性 ) 711 C. ANSYS 粘彈性模型 719 D. WLF 偏移函數 727 E. TN 偏移函數 730 F. 求解粘彈性模型 736 G. 實驗數據的曲線擬合 739 8. DruckerPrager/混凝土 A. DruckerPrager塑性 84 B. 混凝土模型 814 9. 幾何不穩定性 : 屈曲 A. 結構穩定性背景 94 B. 線性特征值屈曲 910 C. 非線性屈曲背景 931 D. 非線性前屈曲過程 943 E. 非線性后屈曲過程 957 10. 單元死活 A. 死活背景 104 B. 死活過程 107 C. 其它考慮事項 1012 D. 檢查結果 1017 單元技術 第二章 Advanced Structural Nonlinearities Training Manual September 30, 2001 Inventory 001491 TOC5 單元技術 本章概述 ? 本章主要討論 18x 系列的單元。 – SOLID45 (KEYOPT(1)=1) 和 PLANE42 (KEYOPT(2)=1) 是低階完全積分的傳統位移公式的例子。這稱為 完全積分 。 ? 本章重點討論用不同單元公式解決這兩個問題的方法。 – 下面的例子是彎曲中的梁。 – 對平面應力問題不會發生體積鎖定，因為平面外應變用于滿足體積不可壓縮條件。而下面的各部分將詳細介紹用以克服剪切和體積鎖定的單元技術。 – 混合 UP 技術獨立于其它技術 , 所以可以和 BBar, 增強應變或 URI聯合 使用。 因為 [B]在體積項上平均，因此也稱為 Bbar 法。 – 缺省時 PLANE182 和 SOLID185 用 BBar 法 (KEYOPT(1)=0)。 ? 如下所示的有一個積分點的低階單元，列舉的兩個變形模式中單個積分點未捕獲單元中的任何應變能 . Advanced Structural Nonlinearities Training Manual September 30, 2001 Inventory 001491 TOC32 單元技術 ... 沙漏模式 ? 沙漏模式通常只是低階 URI單元中的問題。 Advanced Structural Nonlinearities Training Manual September 30, 2001 Inventory 001491 TOC33 單元技術 ... 沙漏模式 ? 除了沙漏剛度，用戶還有其它方法防止沙漏 : – 不要施加點載荷或單點約束，因為這些能激發沙漏模式 – 細化網格通常有利于防止沙漏模式傳播 – 改為其它單元公式防止沙漏 右圖為角點施加點載荷的低階 URI 單元。這意味著對低階單元應力在 1點求值，對高階單元在 2x2 或 2x2x2點 求值。位移梯度張量用附加的 ?增強’ 項修正 , 因此得名 “增強應變 ”。 ) 1 . 0 0 4 1 . 0 0 1 1 . 0 0 5 1 . 0 0 0 1 . 0 0 2T r a p e z o i d ( 4 5 176。 ) 1 . 0 4 0 0 . 9 9 9 1 . 0 4 2 1 . 0 0 5 0 . 9 9 9P a r a l l e l o g r a m ( 3 0 176。 – 大多數 PLANE 單元 (如 PLANE42) – 大多數 SOLID 單元 (如 SOLID45) – 大多數 SHELL 單元 (如 SHELL63, 181) – 這些單元分別有 4 個內部自由度 (2D) 和 9 個內部自由度 (3D)。 – 單獨的內插函數用于位移和靜水壓力 DOF。 – 注意，根據是采用超彈性還是塑性，用戶必須選擇適當的 HYPER 或 VISCO 單元類型。注意 ANSYS 將根據材料自動采用適當的公式，因此對用戶是透明的。 因此剛度矩陣有一些零對角元素。 Advanced Structural Nonlinearities Training Manual September 30, 2001 Inventory 001491 TOC61 單元技術 ... Lagrange 乘子 UP ? 對完全不可壓縮問題，如果所有的邊界結點有指定的位移，則不存在唯一解。 – 對完全不可壓縮超彈材料，用 18x單元的混合 UP公式。這也有助于縮小單元選擇的范圍。 先用 BBar 法 。 – 假設應力在殼的厚度上可以忽略。 ? 對大應變，需要細化網格和預測大應變區域以確保整個求解過程保持好的單元質量。 這些單元對剪切鎖定和幾乎不可壓縮材料行為都有用。 – 通常根據模型選擇單元技術，包括彎曲 /體積 變形和材料行為。若出現這種情況，補救辦法是讓至少一個結點沒有施加邊界條件。 Ele m ent T y peD is pla c em ent D OFBb ar or U R I P res s ure D OFEnh anc ed St rain P res s ure D OFP LAN E18 2 8 1 3P LAN E18 3 16 3 N / ASO LI D 185 24 1 4SO LI D 186 60 4 N / ASO LI D 187 30 1 or 4 N / AAdvanced Structural Nonlinearities Training Manual September 30, 2001 Inventory 001491 TOC60 單元技術 ... Lagrange 乘子 UP ? 因為 Lagrange 乘子 (內部自由度 P) 保留在組合剛度矩陣中，直接求解器必須 和該公式一起使用，迭代求解器如 PCG 不能處理零對角線，出于穩定性考慮建議使用波前求解器代替稀疏求解器。 – 把體積約束作為必須滿足的附加條件代入最終方程，輸出窗口 /文件將記錄不滿足該約束的單元數。 Elem ent T y peD is plac em ent D OFP res s ure D OFH YP ER 56 8 or 1211H YP ER 58 24 1H YP ER 74 16 or 2413H YP ER 158 30 1V I SC O106 8 or 1211V I SC O107 24 1V I SC O108 16 or 2413Advanced Structural Nonlinearities Training Manual September 30, 2001 Inventory 001491 TOC53 單元技術 ... Lagrange 乘子 UP ? 對幾乎和完全不可壓縮分析采用 18x 單元，用一個稱之為 Lagrange乘子法的特殊單元公式。那樣就不必擔心大的體積模量或很小的體積應變。 ? 增強應變有上述優點，但更耗費計算機時間 – 前面幻燈片提到的附加內部 DOF 被凝聚在單元層次，但仍額外消耗計算機時間 (和更大的 *.esav 文件 )。 – 當增強應變和混合 UP公式 (后面討論 )一起使用時，由于混合 UP 處理體積項，所以僅用彎曲項 (4 和 9)。 ) 1 . 0 0 4 1 . 0 0 1 1 . 0 0 5 1 . 0 0 0 1 . 0 0 2S h a p e P L A N E 1 8 2 P L A N E 1 8 3 S O L I D 1 8 5 S O L I D 1 8 7 S O L I D 1 8 6R e c t a n g u l a r 1 . 0 1 0 0 . 9 9 9 1 . 0 1 0 1 . 0 0 4 0 . 9 9 9T r a p e z o i d ( 1 5 176。 – 低階三角形或四面體單元 （常應變單元 ） 不適用增強應變公式。 – SOLID95 采用修正的 14點積分格式，但當 KEYOPT(11)=1 時采用 URI ? 缺省時大多數低階單元不采用 URI 。 – 單元與 ANSYS/LSDYNA顯式動力學單元具有統一的公式，而且 兼容 – 只要在任意方向（如厚度）上多于一個單元，高階 URI 單元就沒有沙漏模式。 – 盡管缺省的沙漏剛度值一般足夠大，用戶仍可用一實常數覆蓋該值。 – 體積項的縮減積分可以求解幾乎不可壓縮問題。 – 單獨的 BBar 法對完全不可壓縮問題不適用，但可以和混合 UP 單元 (以后討論 )結合用于完全不可壓縮材料。 – 應力狀態可分解為靜水壓力 (p) 和偏差應力 (s)兩項 。 R e l a x C on s t r a i nt sA dd i t i on a l E qu a t i on sE l e m e nt Fo r m ul a t i on( R e du c e d I nt e gra t i on )( A dd E x t r a D O F)B B a r xURI xES xM i x e d U P xAdvanced Structural Nonlinearities Training Manual September 30, 2001 Inventory 001491 TOC24 單元技術 ... 連續單元公式 目前在 18x 單元中有四個不同的單元技術 : BBar, URI, 增強應變和混合 UP。 Advanced Structural Nonlinearities T