ANSYS结构非线性分析指南-第六章.doc

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1、ANSYS结构非线性分析指南第六章单元非线性与单元死活6.1单元非线性单元非线性指的是ANSYS中的一些特殊非线性单元在状态改变时表现出的刚度突变的行为。例如，当缆索松弛的时候，它的总体刚度会突变为零，当分离的物体接触时，它们的整体刚度会急剧变化。这些以及其它一些状态相关的刚度变化可以用非线性单元（如下所列）、单元死活选项（见§6.2）或修改材料特性（MPCHG）来模拟。下面列出了ANSYS中的非线性单元，其中有些单元只可在ANSYS/Multiphysics、ANSYS/Mechanical和ANSYS/Structure产品中使用。关于非线性单元的详细

2、说明参见《ANSYSElementReference》。·COMBIN7·COMBIN14·COMBIN37·COMBIN39·COMBIN40·CONTAC12andCONTAC52·CONTAC26·CONTAC48andCONTAC49·TARGE169,TARGE170,CONTA171,CONTA172,CONTA173,andCONTA174·LINK10·SHELL41·SOLID656.2单元死活6.2.1单元死活的定义　当系统中添加（或删除）材料时，在模型中某些单元可能变为“存在”（或不存在）。在此情况下，我们可以使用单元的死活选项来使单

3、元死或活。单元的这种死活特性在许多分析中是十分有用的，例如采矿、开挖隧道、建桥系列装配等等。只有在产品ANSYS/Multiphysics，ANSYS/Mechanical和ANSYS/Structural中，我们才能使用单元的这种死活选项。　　在有些情况下，单元的死活状态依赖于ANSYS程序的计算结果量，例如温度、应力、应变等等。我们可以使用命令ETABLE和ESEL来定义所选单元的些结果量和改变这些单元的状态（熔化、凝固、断裂）。　　此过程对于模拟相变的影响、失效面的传播和其它与分析结果有关的单元状态变化是有用的（例如：在焊接过程中，当熔化的材料凝固时

4、，相应单元应被激活）。6.2.2单元死活选项的作用原理　　为了取得让单元死掉的效果，ANSYS程序并不是真正移走“死”单元，而是通过用一个很小的因子乘以它们的刚度（使用命令ESTIF来设置，此因子的缺省值为1.0e-6）来实现，在载荷矢量中，和这些“死”单元相联系的单元载荷（压力、热通量、热应变等等）也被设置为0，与此相似，对于“死”单元，质量，阻尼，比热和其它的类似影响也被设置为零。当单元“死掉”的时候，单元的应变被设置为零。　　与此相似，当单元“活”6-12ANSYS结构非线性分析指南的时候，它们也不是真正的被添加到模型中去，而只是一种简单的重新激活，

5、在前处理期间，我们必须定义所有的单元，包括那些在以后的分析中将会变“活”的单元。在求解期间，我们不能建立任何新单元，为了“添加”新单元，首先必须先让它们“死掉”，然后在合适的载荷步中重新激活它们。当单元被重新激活时，它的刚度，质量和单元载荷等返回到原始值，但没有应变历史的记录，然而以实常数形式定义的初始应变（例如对于单元Link1）则不受单元死活选项的影响。当大变形效应开关被打开时（NLGEOM，ON），为了与当前的结点位置相匹配，单元的形状被改变。当不使用大变形效应时，单元将在原始位置被激活，如果有热体载荷，单元在重新激活后的第一次求解期间，将会产生热应

6、变（）。6.2.3怎样使用单元的死活特性　　在大多数静态和非线性瞬态分析中，都可以使用单元的死活行为，与其它分析一样，这个过程也包括三个主要步骤：·建模·加载并求解·查看结果6.2.3.1建模　　创建所有单元，包括那些刚开始时“死掉”，而在以后的载荷步中变“活”的单元，不能在开始求解以后再创建新单元。6.2.3.2加载并求解　　在求解过程中，执行下列操作：1．定义第一个荷载步　　在第一个载荷步中，我们必须选择分析类型和适当的分析选项。对于结构分析，应该打开大应变效应，当要使用单元的死活行为时，我们必须在第一个载荷步中明确设置牛顿－拉普森选项，因为程序不能预

7、测“EKILL”命令在以后载荷步中的出现。　　在第一个载荷步中，我们应该“杀死”那些开始时“死掉”而在以后的载荷步中“活”的单元。　　命令：EKILL　　单元在载荷步的第一个子步中被“杀死”或“激活”后，将在整个载荷步中保持此状态。　　应该注意，缺省的刚度缩减因子对有些问题并不合适。有时，我们有时需要考虑使用一个更小的刚度缩减因子。　　命令：ESTIF　　与任何“活”单元都无联系的结点可以“漂动”。有时，为了减少求解的方程数和避免病态条件，我们想将“死”自由度约束住，当我们想用指定的形状（或温度等）来激活单元时，约束“死”自由度则显得更为重要。当然，当单元

8、变“活”时，我们必须删除这些人为的约束，我们必须删除“死”自由度的