结构力学仿真软件：ANSYS：非线性分析理论与ANSYS实践.pdfVIP

结构力学仿真软件：ANSYS：非线性分析理论与ANSYS实

践

1非线性分析基础

1.1非线性分析概念

非线性分析是指在结构力学中，当结构的响应不再与施加的载荷成线性关

系时，所采用的分析方法。在非线性分析中，结构的刚度、材料属性、边界条

件等可能随载荷或变形的变化而变化。非线性分析可以更准确地预测结构在极

端条件下的行为，如大变形、材料失效、接触问题等。

1.2非线性分析类型

非线性分析主要分为以下几种类型：

1.几何非线性：当结构的变形足够大，以至于不能忽略变形对结构

刚度的影响时，需要进行几何非线性分析。例如，薄壳结构在大变形下

的分析。

2.材料非线性：材料属性随应力或应变的变化而变化，如塑性、蠕

变、超弹性等。在设计高强度材料或在高温、高压环境下工作的结构时，

材料非线性分析至关重要。

3.接触非线性：当两个或多个物体接触并相互作用时，接触面的力

和位移关系是非线性的。接触非线性分析用于解决如齿轮啮合、密封件

设计等问题。

4.边界条件非线性：边界条件随时间或载荷的变化而变化，如预紧

力、温度变化引起的约束变化等。

1.3非线性分析在工程中的应用

非线性分析在工程设计和分析中有着广泛的应用，包括但不限于：

航空航天：飞机结构在高速飞行时的热应力分析，以及火箭发射

时的结构动态响应分析。

汽车工业：车辆碰撞模拟，轮胎与路面的接触分析，以及发动机

部件的热机械耦合分析。

土木工程：桥梁、大坝等结构在地震作用下的非线性动力分析，

以及隧道开挖引起的地层变形分析。

机械设计：齿轮、轴承等机械部件的接触应力分析，以及高温高

压环境下管道的蠕变分析。

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1.3.1示例：ANSYS中进行材料非线性分析

在ANSYS中进行材料非线性分析，我们通常需要定义材料的塑性行为。以

下是一个使用Python脚本在ANSYS中定义材料塑性特性的示例：

#导入必要的库

fromansys.mapdl.coreimportlaunch_mapdl

#启动ANSYS

mapdl=launch_mapdl()

#定义材料属性

mapdl.run(/MP,EX,1,200e3)#弹性模量

mapdl.run(/MP,NUXY,1,0.3)#泊松比

#定义材料的塑性行为

mapdl.run(*DIM,mat_plastic,TABLE,2,2)

mapdl.run(mat_plastic(1,1)=0.0)

mapdl.run(mat_plastic(1,2)=0.0)

mapdl.run(mat_plastic(2,1)=0.002)

mapdl.run(mat_plastic(2,2)=100)

mapdl.run(/MPDATA,PLST,1,mat_plastic)

#创建模型并应用材料

mapdl.run(ET,1,SOLID186)

mapdl.run(MAT,1)

mapdl.run(BLOCK,0,1,0,1,0,1)

mapdl.run(VOLU,ALL)

mapdl.run(TYPE,1)

mapdl.run(MATERIAL,1)

#应用载荷和边界条件

mapdl.run(D,1,F,0)

mapdl.run(D,2,F,0)

mapdl.run(D,3,F,0)

mapdl.run(F,10000,F,1)

#求解

mapdl.run(SOLVE)

#结果后处理

mapdl.run(POST1)

mapdl.run(PRNSOL,STRESS)

在这个示例中，我们首先定义了材料的弹性模量和泊松比。然后，我们使

用*DIM命令定义了一个塑性材料表，其中包含应变和应力的对应关系。通过

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/MPDATA命令，我们将这个塑性材料表应用到材料1上。接下来，我们创建了

一个实体模型，并应用了材料。最后，我们施加了边界条件和载荷，求解模型，

并在后处理中查看应力