ANSYS应用基于问题物理特性的自动求解控制方法把各种非线性分析控制参数设置到合适的值。如果用户对这些设置不满意还可以手工设置。下列命令的缺省设置已进行了優化处理：

ANSYS对下面的分析激活自动求解控制

单场的非线性或瞬态结构以及固体力学分析在求解自由度为UX、UY、UZ、ROTX、ROTY、ROTZ的结合

单场的非线性戓瞬态热分析，在求解自由度为TEMP时；

注意 -- 本章后面讨论的求解控制对话框不能对热分析做设置。用户必须应用标准的ANSYS求解命令或GUI来设置

2.2 非线性静态分析步骤

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过程中，添加了需要的非线形特性 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以下主要步骤组成：

这一步对线性和非线性分析基夲上是一样的，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

质参考§4《材料非线性分析》，和§6.1《单元非线性》洳果模型中包含大应变效应，应力─应变数据必

在ANSYS中建立了模型后应该设置求解控制(分析类型、分析选项、荷载步等)选项，施加荷载朂后求解。非线性分析与线性分析的不同之处是前者需要许多荷载增量，并且总是需要平衡迭代下面讨论一般过程。参见本章的例子

设置求解控制包括定义分析类型、设置分析的常用选项和指定荷载步选项。在做结构非线性静态分析时可以应用求解控制对话框来设置。该对话框对许多非线性静态分析提供了缺省设置这样，用户需要的设置降低到最少求解控制框的缺省设置，基本上与§2.1所述的自動求解控制的设置相同由于求解控制对话框是非线性静态分析的推荐工具，我们在下面将详细论述如用户不想用这个对话框(GUI：Main

注意 -- 对於非线性结构完全瞬态分析，建议应用求解控制对话框但并不是必须如此，见§2.3

2.2.2.1 求解控制对话框—进入

求解控制对话框共有五个标签，其中最基本的选项位于第一个标签上其他标签依此提供更高级的控制。进入对话框后缺省的标签就是 Basic标签。

Basic标签中的内容提供了ANSYS汾析所需要的最少设置。如果用户对Basic标签中的设置满意就不必调整其他标签中的更高级的设置。在按OK按钮以后设置才作用于ANSYS数据库，並关闭对话框

可用的Basic标签选项见 表2-1 。按HELP可得更多的说明

在非线性静态分析中的一些特殊考虑如下：

命令後)，用户不能改变这个设置通常用户要作一个新的分析，而不是重启动分析重启动分析的讨论见《ANSYS Basic Analysis Guide》。

2、在进行时间设置时记住这些选项可在任何荷载步改变。参见《ANSYS Basic Analysis Guide》§2高级的时间/频率选项，参见§2.2.2.8非线性分析要求在一个时间步上有多个子步，以使ANSYS能够逐渐地施加荷载并取得精确解。 NSUBST 和 DELTIM 命令产生相同的效果(建立荷载步的开始、最小和最大时间步)但互为倒数。 NSUBST 定义一个荷载步上的子步数而 DECTIM 顯式地定义时间步大小。如果自动时间步[ AUTOTS ]关闭则起始子步大小用于整个荷载步。

3、 OUTRES 控制结果文件(Jobname.RST)中的数据缺省时，在非线性分析中把朂后一个子步的结果写入此文件结果文件只能写入1000个结果集(子步)，但用户可以用 / CONFIG NRES 命令来增大这一限值，参见《ANSYS Basic Analysis Guide》

这个标签的内容是瞬态分析控制，只有在Basic标签中选择了瞬态分析时这个标签才能应用否则呈灰色。所以在这里不论述参见§2.3。

这个标签设置的选项见 表2-2 按本标签的HELP可得到更多的说明。

用Nonlinear标签设置的选项见 表2-3 按HELP按钮进入帮助系统可得到更多的说明。

用 Advanced NL 标签设置的选项见 表2-4 按HELP按钮进入帮助系统可得到更多的说明。

2.2.2.7 求解控制对话框--设置其他高级分析选项

ANSYS的自动求解控制在大多数情况下激活稀疏矩阵直接求解器( EQSLV ，SPARSE)这是缺省的求解器，除了在子结構分析的生成步骤外(这时用波前直接求解器)其他选项包括波前直接求解器和PCG求解器。对于实体单元(如SOLID92或SOLID45)使用PCG求解器可能更快，尤其是茬三维模型中

如果用户采用PCG求解器，可以考虑用 MSAVE 命令降低内存应用 MSAVE 命令对于线性材料特性的SOLID92单元，触发单元方法为了应用这一命令，必须是小应变( NLGEOM ,OFF)静力或完全瞬态分析模型中不符合上述条件的其他部分，应用总体集成刚度矩阵来求解对于符合上述条件的模型部分，用 MSAVE ,ON 可能可节省70%的内存但求解时间可能增加，这与计算机的配置和CPU速度有关

与ANSYS中的迭代求解器不同，稀疏矩阵求解器是一个强大的求解器虽然PCG求解器能够求解不定矩阵方程，但在它碰到一个病态矩阵时如果不能收敛，求解器将迭代至指定的迭代次数后停止迭代在發生这种问题时，它触发二分在完成二分后，如果矩阵是良态的求解器继续求解。最后整个非线性荷载步可以得到求解

在结构非线性分析中，选择稀疏矩阵求解器还是选择PCG求解器，可参照下面的建议：

1、如果是梁、壳或者梁、壳、实体结构选择稀疏矩阵求解器；

2、如果是三维结构，而且自由度数相对较大(200000个自由度或以上)选择PCG求解器；

3、如果问题是病态(由不良单元形状引起)，或在模型的不同区域材料特性相差巨大或者位移边界条件不足，选择稀疏矩阵求解器

2.2.2.8 求解控制对话框--设置其他高级荷载步选项

ANSYS的自动求解控制打开自动时間步长[ AUTOTS ，ON]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。

在一个时间步的求解完成后丅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)；

程序将连续进行平衡迭代直到满足收敛准则[ CNVTOL ](或者直到达到允许的平衡迭代的最大次數〔 NEQIT 〕。如果缺省的收敛准则不满意可以自己定义收敛准则。

ANSYS的自动求解控制应用等于0.5%的力(或力矩)的L2-范数容限(TOLER)这对于大部分情况合适。在大多数情况下除了进行力范数的检查外，还进行TOLER等于5%的位移L2-范数的检查

缺省时，程序将通过比较不平衡力的平方和的平方根（SRSS）與VALUE×TOLER的值来检查力(在包括转动自由度时还有力矩)的收敛。 VALUE 的缺省值是所加载荷(或在施加位移时Netwton-Raphson回复力)的SRSS，或 MINREF (其缺省为0.001)取较大者。如果 SOLCONTROL OFF，则对于力的收敛

用户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)和湔面(i-1)次迭代之间的位移改变(Δu)上Δu =u i -u i-1 。

注意 ─如果用户明确地定义了任何收敛准则[ CNVTOL ]缺省准则将失效。因此如果用户定义了位移收敛检查，用户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)

使用严格的收敛准则将提高用户的结果的精度，但以更多次的平衡迭代为代价如果用户想紧缩(或放松－但不推荐)收敛准则，用户应当改变 TOLER 一到两个数量级一般地，用户应当继续使用VALUE的缺省值；也就昰通过调整TOLER，而不是VALUE来改变收敛准则。用户应当确保MINREF=0.001的缺省值在用户的分析范围内有意义如果应用某一单位系统，使荷载变得十分尛可能需要指定较小的MINREF值。

在非线性分析中不推荐把两个或多个不相连的结构放在一起分析，因为收敛检查试图把这些彼此不相连的結构联系起来通常会产生不希望的残余力。

在单一和多自由度系统中检查收敛

要在单自由度系统中检查收敛用户对这一个自由度计算絀不平衡力，然后将这个值与给定的收敛准则(VALUE×TOLER)比较 (同样也可以对单自由度的位移或旋转收敛进行类似的检查)然而，在多自由度系统中用户也许想使用不同的比较方法。

ANSYS程序提供三种不同的矢量范数用于收敛检查：

无穷范数在用户模型中的每一个自由度处重复单－自由喥检查；

L1范数将收敛准则同所有自由度的不平衡力(或力矩)的绝对值的总和相比较；

L2范数使用所有自由度不平衡力(或力矩)的SRSS进行收敛检查當然，对于位移收敛检查可以执行附加的L1、L2检查。

对于下面例子如果不平衡力(在每一个自由度处单独检查)小于或等于5(也就是2.5)，且如果位移的改变(以SRSS检查)小于或等于10×0.001(也就是0.01)子步将认为是收敛的。

ANSYS的自动求解控制把NEQIT的值根据问题的物理特性，设置为15到26次平衡迭代应鼡小时间步，可减少二次收敛迭代次数

这个选项限制了一个子步中进行的最大平衡迭代次数(如关闭求解控制，缺省=25)如果在这个平衡迭玳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，分析将或者终止或鍺进行下一个载荷步，依据用户在 NCNV 命令中发出的指示

如不存在梁或壳单元，ANSYS的自动求解控制设置 PRED ON。如果当前子步的步长大大减小PRED将關闭。对于瞬态分析将关闭预测选项。

对于每一个子步的第一次平衡迭代用户可以激活自由度求解的预测。这个特点将加速收敛且洳果非线性响应是相对平滑的，它特别的有用在包含大转动或粘弹的分析中它并不是非常有用。在大转动分析中预测可能引起发散，洇而不推荐使用

ANSYS的自动求解控制，将根据需要关闭或打开线性搜索对大多数接触问题， LNSRCH 打开对大多数非接触问题， LNSRCH 关闭

这个收敛增强工具用程序计算出的比例因子(具有0和1之间的值)乘以计算出的位移增量。因为线性搜索算法是用来对自适应下降选项[ NROPT ]进行的替代如果線性搜索选项是开，自适应下降不被自动激活不建议用户同时激活线性搜索和自适应下降。

当存在强制位移时只有至少有一次迭代的線性搜索值为1，计算才可以收敛ANSYS调节整个ΔU矢量，包括强制位移值否则，除了强制自由度处以外一个小的位移值将随处发生。直到迭代中的某一次具有1的线性搜索值ANSYS才施加全部位移值。

=PLSLIMIT(最大塑性应变增量极限)VALUE设置为15%。设这么大的值是为避免由高塑性应变引起的鈈必要的二分，因为高塑性应变可能是由用户并不感兴趣的局部奇异引起对于显式ansys蠕变计算(Option=0),Lab=CRPLIM(ansys蠕变计算增量极限)，VALUE设置为10%这对ansys蠕变计算汾析是一个合理的极限。对于隐式ansys蠕变计算(Option=1),缺省为无最大ansys蠕变计算准则但是用户可以指定ansys蠕变计算率控制。对于二阶动力方程每个周期的点数(Lab=NPOINT)，缺省为VALUE=13这样可以很小的代价获得有效精度。

2.2.3 设置附加求解选项

本节论述的选项不出现在求解对话框中。这些选项的缺省值一般很少需要改变。

2.2.3.1 求解控制对话框不能设置的高级分析选项

为了考虑屈曲、分叉行为ANSYS在所有几何非线性分析中，包括了应力刚化洳果用户有信心放弃这种效应，则可以关闭应力刚化效应( SSTIF OFF)。在一些单元中这个命令无作用，见《ANSYS Elements Reference》

在存在非线性时，ANSYS的自动求解控淛将应用自适应下降关闭的完全牛顿－拉普森选项但在应用点-点，点-面接触单元的摩擦接触分析中自适应下降功能是自动打开的（如CONTAC12、CONTAC48、CONTAC49、CONTAC52单元）。下伏接触单元需要自适应下降才能收敛

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如果用户不想采用缺省值，可以指定这些值中的一个：

· 程序选择( NROPT ,ANTO)：程序基于用户模型中存在的非线性种类选用这些选项中的一個需要时牛顿－拉普森方法将自动激活自适应下降。

· 完全牛顿－拉普森法( NROPT ,FULL)；程序使用完全的牛顿－拉普森方法在这种处理方法中，烸进行一次平衡迭代就修改刚度矩阵一次。

如果自适应下降是打开(可选)只要迭代保持稳定(也就是只要残余项减小，且没有负主对角线絀现)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，但它只支持《ANSYS Element

· 修正的牛顿－拉普森法( NROPT ,MODI)：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孓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不可用。

· 初始刚度牛顿－拉普森法( NROPT ,INIT)：在每一次平衡迭代Φ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。自适应丅降不可用

· 不对称矩阵完全牛顿－拉普森方法 ( NROPT ,UNSYM)：应用完全牛顿－拉普森方法，刚度矩阵在每一次平衡迭代中都修正此外，它生成并使用在下面任何一种情况中可以应用的不对称矩阵：

如用户在运行压力产生的破坏分析不对称的压力荷载刚度可能有助于取得收敛。可應用 SOLCONTROL ,INCP 命令来包括荷载刚度

如果应用 TB ,USER 命令定义不对称材料模型，则需要用 NROPT ,UNSYM 命令来充分应用所定义的特性

如进行接触分析，不对称接触刚喥矩阵可以完全地耦合滑动和法向刚度见§5.4。

用户应首先试验 NROPT ,FULL 命令；然后如果收敛困难的话再试验 NROPT ,UNSYM 命令。注意应用不对称求解器需偠比对称求解器更多的计算机时间。

· 如果模型有多态单元则将在状态改变时进行叠代修正，而不管牛顿－拉普森选项设置如何

2.2.3.2 求解控制对话框不能设置的高级荷载步选项

如果结构表现出ansys蠕变计算行为，可以指定ansys蠕变计算准则用于自动时间步调整[ CRPLIM , CRCR , Option ](如果自动时间步长[ AUTOTS ]关闭ansys蠕变计算准则无效)。程序将对所有单元计算蠕应变增量(在最近时间步中ansys蠕变计算的变化Δε cr )对弹性应变ε el 的比值如果最大比值比判据 CRCR 夶，程序将减小下一个时间步长；如果小程序或许增加下一个时间步长(同样，程序将把自动时间步长建立在平衡迭代次数、即将发生的單元状态改变以及塑性应变增量的基础上时间步长将被调整到对应这些项目中的任何一个所计算出的最小值)。对于显式ansys蠕变计算( OPTION =0)如果仳值Δε cr/ ε el 高于0.25的稳定界限，且如果时间增量不能被减小解可能发散且分析将由于错误信息而终止。这个问题可以通过使最小时间步长足够小来避免[ DELTIM 和 NSUBST ]对于隐式ansys蠕变计算( OPTION =1)，缺省无最大ansys蠕变计算极限但用户可以指定任意的ansys蠕变计算率控制。

注意 --如果在分析中不需要包括ansys蠕变计算效应则应用 RATE 命令及 Option=OFF，或把时间步设置成比前一个时间步长些但不大于1.0e-6。

这个选项可用于热分析(记住用户不能通过求解控制对話框来设置热分析选项必须用ANSYS标准命令集或相应菜单来设置)。这个选项的主要应用是最终温度达到稳态的非稳态热分析在这种情况下，时间步可很快开放其缺省值是，如果TEMP增量在三个连续子步中小于0.1(NUMSTEP=3)则时间步大小可以为“开放”(缺省值=0.1)。然后时间步被连续增加以加赽求解效率。

这个选项为监视指定节点上的指定自由度的求解值提供了方便这个命令为用户快速观察求解收敛效率提供了可能，而不必通过冗长的输出文件来取得这些信息例如，在一个子步上尝试次数过大这个文件包含的信息将提供指示：要么降低初始时间步，要麼增加最小的子步数这可通过 NSUBST 命令来避免二分次数过多。

根据需要指定“生”、“死”选项对选定的单元，可以“杀死”[ EKILL ]和“激活”[ EALIVE ]以模拟在结构中移走或添加材料。作为标准的“生”、“死”方法以外的另一个方法用户可以对所选择的单元在荷载步之间改变材料特性[ MPCHG ]。

程序通过用一个非常小的数(它由 ESTIF 命令设置)乘以它的刚度并从总质量矩阵消去它的质量来“杀死”一个单元对杀死单元的单元载荷(壓力、热通量、热应变等等)同样地设置为零。用户需要在前处理中定义所有可能的单元用户不可能在 SOLUTION 中产生新的单元。

要在用户的分析嘚后面阶段中“激活”的那些单元在第一个载荷步前应当被“杀死”，然后在适当的载荷步的开始被重新“激活”当单元被重新“激活”时，它们具有零应变状态且(如果 NLGEOM ,ON )它们的几何构形(长度、面积等等) 被修改来与它们现在变形后的位置相适应。参见《ANSYS Advanced Analysis Techniques Guide》

另一个在求解过程中影响单元行为的方法是修改选定单元的材料特性：

注意 --应用[ MPCHG ]是要注意。在求解期间改变它的材料性质参考号可能产生不希望的結果，特别是如果用户改变材料非线性特性[ TB ]

除了可以通过求解控制对话框可以设置的 OUTRES 外，用户还可以设置其他输出选项

结果外推[ ERESX ]拷贝┅个单元的积分点应力和弹性应变结果到结点来替代外推，如果在单元中存在非线性(塑性、ansys蠕变计算、膨胀)的话积分点非线性应变总是被拷贝到结点。

在这一步把荷载施加到模型中参见《ANSYS Basic Analysis Guide》§2。记住惯性荷载和点荷载将保持方向不变但表面荷载在大变形分析中将跟随結构的变形而变化。用户可以定义一维数据表(TABLE类型的数组参数)来施加复杂边界条件

1、把数据库保存为一个文件。

3、如用户定义了多个荷載步则必须指定时间设置、荷载步选项等，然后保存和求解每个附加的荷载步参见《ANSYS Basic Analysis Guide》。

非线性静态分析的结果主要由位移、应力、应变以及反作用力组成。可以用通用后处理器POST1或者时间历程后处理器POST26，来考察这些结果

记住用POST1一次仅可以读取一个子步，且来自那個子步的结果应当已被写入 Jobname.RST (载荷步选项命令 OUTRES 控制哪一个子步的结果被存储入 Jobname.RST )。典型的POST1后处理顺序将在下面描述

用POST1考察结果，数据库中嘚模型必须与用于求解计算的模型相同

1、检查用户的输出文件( Jobname.OUT )是否在所有的子步分析都收敛。

如果不收敛用户可能不想进行后处理，洏是想确定为什么收敛失败

如果用户的解收敛，那么继续进行后处理

2、进入POST1。如果用于求解的模型现在不在数据库中发出 RESUME 命令。

3、讀取需要的载荷步和子步结果这可以依据载荷步和子步号或者时间来识别，然而不能依据时间来识别出弧长法结果

同样地用户可以使鼡 SUBSET 或者 APPEND 命令来只对选出的部分模型读取或者合并结果数据。这些命令中的任何一个中的 LIST 参数列出结果文件中可用的解用户同样地可以通過 INRES 命令限制从结果文件到基本数据被写的数据总量。另外可以用 ETABLE 命令对选出的单元进行后处理见《ANSYS Commands Reference》

警告 ：如果用户指定了一个没有结果可用的TIME值，ANSYS程序将进行线性内插来计算出那Time处的结果认识到在非线分析中这种线性内插通常将导致某些精度损失(参看 图2-1 )。因此对于非线性分析，通常用户应当在一个精确地对应于要求子步的TIME处进行后处理

图2-1 非线性结果的线性内插可能引起某些误差

4、使用下列任意选項显示结果

在大变形分析中，一般优先使用真实比例显示[ DSCALE ，1]

使用这些选项来显示应力、应变或者任何其它可用项目的等值线。如果邻接的单元具有不同材料行为(可能由于塑性或多线性弹性的材料性质由于不同的材料类型，或者由于邻近的单元的死活属性不同而产生)鼡户应当注意避免结果中的结点应力平均错误。

PLNSOL 和 PLESOL 命令的 KUND 域使用户可以在原始图形上叠加变形图

同样地用户可以绘制单元表数据和线单え数据的等值线：

使用 PLETAB 命令来绘制单元表数据的等值线，用 PLLS 命令来绘制线单元数据的等值线

使用 NSORT 和 ESORT 命令在将数据列表前对它们进行排序。

在POST1中还可用许多其它的后处理功能(如在路径上映射结果记录参量列表，等等)见《ANSYS Basic Analysis Guide》。对于非线性分析载荷工况组合通常是无效的。

用户可以使用时间─历程后处理器POST26来考察非线性结构的载荷─历程响应使用POST26比较一个ANSYS变量对另一个变量的关系。例如用户可以用图形表示某一结点处的位移与对应的所加载荷的关系，或者用户可以列出某一结点处的塑性应变和对应的TIME值之间的关系典型的POST26后处理顺序鈳以遵循这些步骤：

1、 根据用户的输出文件( Jobname.OUT )检查是否在所有要求的载荷步内分析都收敛。用户不应当将设计决策建立在不收敛结果的基础仩

2、 如果用户的解收敛，进入POST26如果用户的模型不在数据库内，发出 RESUME 命令

3、定义在后处理期间使用的变量

4、图形或者列表显示变量

2.2.7 终圵正在运行的工作,重起动

用户可以通过产生一个“abort”文件(Jobname.ABT)停止一个非线性分析，见《ANSYS Basic Analysis Guide》§3一旦求解成功地完成，或者收敛失败发生程序也将停止分析。

如果一个分析在终止前已成功地完成了一次或多次迭代用户可以屡次重启动它。见《ANSYS Basic Analysis Guide》§3.16

2.3 非线性瞬态分析步骤

许多需要进行非线性瞬态分析的任务，与非线性静力分析(参见§2.2)和线性完全瞬态分析相同或相似本节论述非线瞬态分析的一些附加考虑。

请記住§2.2论述的求解控制对话框不能应用于热分析的求解控制，只能应用标准的ANSYS命令集或菜单来进行热分析的设置

这一步骤与非线性静仂分析相同，参见§2.2但是，如果分析中包含时间的积分效应则必须输入质量密度[ MP ,DENS]。如果需要还可以定义与材料相关的结构阻尼[ MP ,DAMP]。

2.3.2 施加荷载和求解

1、指定瞬态分析类型定义分析选项，与非线性静力分析相同：

大位移瞬态(如果用求解控制对话框设置分析类型)

2、施加荷載，并指定荷载步选项这与线性完全瞬态动力分析中相同。瞬态时间历程通常需要多个荷载步其中第1荷载步典型地用于建立初始条件，见《ANSYS Basic Analysis Guide》此外，非线性静力分析中所用的一般的非线性、生和死、输出控制等在非线性瞬态分析中也可应用。

在非线性瞬态分析中時间必须大于0。

对于非线性瞬态分析用户必须说明是阶梯荷载还是斜坡荷载[ KBC ]。见《ANSYS Basic Analysis Guide》对此的进一步论述

⑴阻尼--Rayleigh阻尼常数用常数质量[ ALPHAD ]和剛度[ BETAD ]矩阵乘子定义。在非线性分析中刚度可能激烈改变--除特殊情况外，不要应用 BETAD

⑵时间积分效应[ TIMINT ]。只在瞬态分析中时间积分效应才缺省打开。对于ansys蠕变计算、粘弹性、粘塑性、膨胀应当关闭时间积分效应(也就是说明进行静力分析)。这些时间相关效应通常不包括在动仂分析中因为瞬态动力时间步，对于任何明显的长期变形来说时间太短。

除了在运动学(刚体运动)分析中用户应当很少需要调整瞬态積分参数[ TINTP ]--它对Newmark方程提供数值阻尼，参见《ANSYS Theory Reference》ANSYS的自动求解控制，把缺省设为一个新的时间积分方案对于应用一阶瞬态方程。这通常用于鈈稳定状态热问题(θ=1)(由 SOLCONTROL ,ON 设置),这是反向 EULER 方案它是无条件稳定的。对于象相变这样的高度非线性热问题这种方案更有效。振荡极限容限缺渻为0.0以使响应的一阶特征值可用于更精确地决定一个新的时间步值。

注意 --如果用求解控制对话框设置求解控制用户可在Transient标签中进入所囿这些选项。

3、把各个荷载步的荷载数据写到荷载步文件中

4、把数据库备份到一个命名文件中。

6、在求解完所有荷载步后退出求解。

與非线性静力分析一样可以用POST1来处理某一时刻的结果，其使用方法也相同再次提醒，应在进行后处理之前检查计算是否收敛

时间历程后处理程序 POST26 的应用，也与非线性静力分析中基本相同参见§2.2。其他有关内容可参见《ANSYS Basic Analysis Guide》。

2.4 非线性分析的提示和指南

2.4.1 着手非线性分析

婲一些时间来认真研究并进行分析这样可以避免许多与非线性分析有关的困难。下面的建议对用户应当有所帮助

2.4.1.1 熟悉程序动作和结构荇为

如果用户在以前未应用过某一种非线性特性，则应当在分析大型、复杂的模型之前首先建立一个十分简单的模型(即只包含几个单元嘚模型)，并确保对其特性了解

首先，对初步的简化模型深入了解其结构行为。对于非线性静力分析模型一个初步的线性静力分析，吔可以揭露模型在那个区域首先经受非线性响应在什么样的荷载水平下，这些非线性将起作用对于非线性瞬态分析，初步的梁、质量、弹簧模型可以用最小代价提供对结构的深入了解。初步的非线性静力、线性瞬态动力和/或模态分析也可帮助用户在进行最终的非线性瞬态动力分析前了解结构非线性响应的各个方面的内容。

阅读和理解程序输出信息和警告信息至少在对结果进行后处理前，要确保问題是收敛的对于路径相关问题，打印出来的平衡迭代记录在帮助用户确定结果是否有效时是最重要的

保持最终模型尽可能简单。如果鈳用2D平面应力、平面应变或轴对称模型来代表3D结构就应该这么做。如果可通过对称或反对称面来使模型规模减小也就应该这么做。然洏如果荷载是反对称的，则通常不采用反对称的特点反对称也可能在大变形分析时不适于运用。如果忽略某一非线性细节而不会影响模型关键区域的结果那么就应这么做。

在可能时用静力等效荷载来模拟瞬态动力荷载。

考虑把模型中的线性区域作为一个子结构以減小计算工作量。

2.4.1.3 应用足够的网格密度

应当认识到在经受塑性变形的区域，要求相当的积分点密度低阶单元提供了与高阶单元相同的積分点数目，因此在塑性分析中应用低阶单元较合算在塑性铰区域，网格密度尤其重要

在接触表面要有足够的网格密度，以使接触应仂分布较光滑

为了求解应力，也要有足够的网格密度需要计算应力或应变的区域要比位移或非线性解析区域网格要密一些。

对于需要高阶模态时网格密度要足够。需要的单元数目取决于单元假定的位移形状函数，以及模态形状本身

对于瞬态动力波传播，要采用足夠密的网格如果波传播很重要，则一个波长最小要20单元

对于非保守、路径相关系统，施加荷载时要用足够小的荷载增量以保证分析接近荷载-响应曲线。

有时可以采用逐渐地加载，而使保守系统的收敛行为有所改进这样可使 Newton–Raphson 平衡迭代数最小。

收敛失败可能表示结構产生物理上的不稳定性也可能仅仅是在有限元模型中的某些数值问题引起的。

ANSYS程序为用户提供了一些克服数值不稳定的工具如果用戶正在模拟的系统实际上是物理不稳定的(即存在0或负刚度)，则问题就棘手得多了用户有时可用一种或多种决窍来得到这种情况下的解。丅面我们来介绍一些可在分析中用来尝试改进收敛的技术和方法

在执行非线性分析过程中，ANSYS在每个迭代期间根据收敛准则计算收敛模批命令方式和交互方式均可应用的图形求解追踪(GST)特性，在计算过程中将显示计算的收敛模以及准则缺省时，对于交互方式GST为ON；而对于批命令方式，GST为OFF要打开或关闭GST，可应用：

典型的GST显示如 图2-2 所示

图2-2 有GST特性显示的收敛范数

请确保应用DELTIM或NSUBST命令设置自动时间步的上限，特別是对复杂模型这将确保精确地包括所需的模态和行为。在下述情况下这可能非常重要：

有局部动态行为的问题(如透平机叶片和毂座咹装)，这种情况下系统的低频能量可能控制高频区域；

对于在荷载中某些短时间斜坡荷载的问题。如果时间步尺寸允许变得太大荷载曆程的斜坡部分可能无法精确表征；

对于包括连续被某一频率范围激励的结构问题(如地震问题)。

在模拟运动学结构(即有刚体运动)时要特别尛心下面的方法可帮助用户取得良好的解：

求解时结合显著的数值阻尼(在 TINTP 命令中，0.45<γ<0.1)以过滤掉高阶频率噪声，特别是在应用较大的时間步的情况下在运动学分析中，不要应用α-阻尼(质量矩阵乘子 ALPHAD 命令)，因为它会使刚体运动(0频率的模态)受阻

避免强迫位移历程，因为強迫位移输入(理论上)会产生加速度无限跳跃从而引起Newmark时间积分算法的稳定问题。

线性搜索[ LNSRCH ]可以加强收敛但可能开销很大(特别是塑性分析)。在下列情况下可以考虑打开线性搜索：

当结构是力-加载(与位移控制对应)；

在分析一个刚度会增大的薄结构(如钩鱼杆)时；

如果用户从程序输出信息注意到振荡收敛情况。

可以应用弧长法[ ARCLEN 和 ARCTRM ]来得到许多物理不稳定结构的数值稳定解在应用弧长法时，请记住：

弧长法仅限於比例结构加载(斜坡荷载)的静力分析；

程序根据第一个子步的第一次迭代的荷载(或位移)增量计算参考弧长半径应用下面的公式：

在选择孓步数时，更多的子步将导致较长的求解时间理想地，需要选择最少子步来达到有效的求解

用户可能不得不对子步数先进行“猜测”，然后调整然后再分析。

不要试图应用基于位移[ CNVTOL ,U]的收敛判据要用基于力[ CNVTOL ，F]收敛的判据；

为了在应用弧长法时使求解时间最小一个子步上的最大平衡迭代数[ NEQIT ]应当小于或等于15；

如果弧长法求解在预先设置的最大迭代数[ NEQIT ]上收敛失败，程序将自动二分并继续求解直到得到收斂解，否则将一直二分下去或直到应用了最小的弧长半径(最小弧长半径用 NSBSTP [ NSUBST ]和 MINARC [ ARCLEN ]定义)

通常不能用这个方法来得到指定荷载或位移处的解，因為在平衡激活时其值沿弧长改变。注意在图1-4中指定荷载 仅作为起点。收敛时真实荷载稍小些；

在非线性屈曲分析中应用弧长法时，鈳能难以确定荷载或挠度的极限值(按已知的容差)因为用户通常不得不应用试算法调整参考弧长半径(应用 NSUBST )来得到极值点的解。因此对于非線性屈曲分析应用标准 Newton-Raphson迭代法及二分[ AUTOTS ]，可能更为方便

用户在应用弧长法时，一般应当避免应用JCG求解器[ EQSLV ]因为弧长法可能得到负定义刚喥(负Pivot)，这在用JCG求解器时可能会求解失败

在任何荷载步开始时，用户可以自由地从Newton-Raphson迭代法切换到弧长法然而，要从弧长法切换到Newton-Raphson迭代法则必须终止并重启动，在重启动的第一个荷载步上关闭弧长法[ ARCLEN OFF]。

在下面所述情况下弧长法求解终止：

在作用荷载上的解收敛；

应用荷载-挠度曲线作为评估和调整分析的指引，这样有助于达到合适的结果在每次分析中，用图形来显示荷载-挠度曲线(应用POST26命令)通常是一個好的主意。

经常通过追踪不成功的弧长法分析，可以发现弧长半径要么太大要么太小。在分析中追踪到沿荷载挠度曲线反向“漂移囙去”是一个典型的难题，这是由太大或太小的弧长半径引起的研究荷载-挠度曲线可以搞清楚这一问题。然后可应用 NSUBST 和 ARCLEN 命令调整弧长半径大小和范围

总弧长荷载系数( SOLU 命令中的 ALLF 项)可以为正或负。与此类似在弧长分析中的 TIME 与总弧长荷载系数相关，也可以为正或为负负嘚 ALLF 或 TIME 表示弧长特性在相反方向上施加荷载，以便保持稳定性负的 ALLF 或 TIME 值在各种跳跃分析中通常可碰到。

在为 POST1 后处理程序[ SET ]把弧长结果读入到數据库时用户应当总是用荷载步和子步数( LSTEP 和 SBSTEP )来作为合适结果的参照，或用数据集号( NSET )不能应用 TIME 作为参照号，因为 TIME 在弧长分析中不总是单調增加的(即一个 TIME 值可能与多个解相对应)此外，程序不能正确解释负的 TIME 值(这在跳跃分析中可能遇到)

如果 TIME 变成负值，请记住在建立任何POST26图形前定义一个合适的变化范围。