Ansys 結(jié)構(gòu)分析軟件的Mechanical模塊除了基本的線性分析能力外，還具備很強(qiáng)的非線性求解能力，本文就來簡單介紹下Ansys Mechanical模塊在Workbench環(huán)境下的高級非線性分析流程，具體步驟如下：

1. 非線性有限元模型的建立

某些情況下，沒有承受大變形和應(yīng)力、硬化效應(yīng)的輕微非線性行為可能不需要對幾何和網(wǎng)格進(jìn)行修正。另外有些情況, 則必須包含特殊特征，如特定屬性的單元(如接觸單元)、非線性材料數(shù)據(jù)(如塑性應(yīng)力-應(yīng)變數(shù)據(jù))、包括克服導(dǎo)致收斂問題奇異性的幾何特征 (尖角的半徑)等。

·對于網(wǎng)格, 如果預(yù)期有大應(yīng)變，形狀檢查選項應(yīng)為“Aggressive”，因為用其做形狀檢查，Mechanical能保證求解之前網(wǎng)格的質(zhì)量更好，以預(yù)見在大應(yīng)變分析過程中單元的扭曲。

·Element Control設(shè)為Manual, 用戶可手動觸發(fā)完全或縮減積分，這個選型將影響單元內(nèi)積分點的數(shù)量。

該選項僅適用于高階單元，當(dāng)某部件厚度方向只有一個單元時， 強(qiáng)制使用完全積分有助于提高精確度。

Mechanical默認(rèn)采用高階單元(有中節(jié)點)來劃分網(wǎng)格，用戶可使用選項來放棄中節(jié)點，如下圖3所示。大變形中, 對幾乎或完全不可壓縮非線性材料的彎曲為主問題, 有時候放棄中間節(jié)點允許程序自動執(zhí)行增強(qiáng)應(yīng)變公式是有利的。

2. 非線性分析的基本設(shè)置

·載荷步控制

如果非線性求解時有收斂問題, Mechanical將使用自動時間步對求解進(jìn)行二分，二分會以更小的增量施加載荷，從最后成功收斂的子步重新開始加速收斂。當(dāng)然用戶也可以自己來定義容易收斂的時間步長，但這需要根據(jù)實際情況根據(jù)經(jīng)驗來設(shè)置。

·求解器控制

求解器類型有“Direct” 和“Iterative”，這涉及到程序代碼對每次Newton-Raphson 平衡迭代建立剛度矩陣的方式。直接(稀疏) 求解器適用于非線性模型和非連續(xù)單元(殼和梁)。迭代(PCG) 求解器更有效(運(yùn)行時間更短) ，適合于線彈性行為的大模型。默認(rèn)的“Program Controlled”于當(dāng)前問題自動選擇求解器。

·非線性控制

程序自動計算收斂容差，在Newton-Raphson 迭代過程中用來確定模型何時收斂或“平衡”，默認(rèn)收斂準(zhǔn)則適用于大多工程應(yīng)用。對特殊情形，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。如果模型中有轉(zhuǎn)動自由度(如出現(xiàn)梁或殼單元的時候)，力平衡外還要增加力矩平衡。出現(xiàn)接觸非線性的時候，默認(rèn)的并不包括這些額外的檢查，因為它們被認(rèn)為是會過度限制并可導(dǎo)致不必要的發(fā)散。為了使非線性問題更容易收斂，建議采用如下收斂準(zhǔn)則：

大多時候可很好應(yīng)用默認(rèn)收斂準(zhǔn)則，不采用“放松”準(zhǔn)則來消除收斂困難，收緊準(zhǔn)則需要更多的平衡迭代。察看求解中的MINREF警告消息，確保使用的最小參考值對求解的問題來說是有意義的。

3. 非線性分析結(jié)果的后處理

查看非線性結(jié)果過程和線性問題的相似，不同的是通常有更多的信息（多個結(jié)果集），每個結(jié)果集含有更多信息(如接觸狀態(tài), 壓力, 滲透, 塑性應(yīng)變等)，具體如下：

·非線性分析會產(chǎn)生響應(yīng)歷程

對于變形問題, 通常應(yīng)從Result工具欄按實際比例縮放來查看變形。

任何結(jié)構(gòu)結(jié)果都應(yīng)該被查詢到, 如下圖所示的等效應(yīng)力。

如果定義了接觸, 接觸工具可用來對接觸相關(guān)結(jié)果進(jìn)行后處理（壓力, 滲透, 摩擦應(yīng)力, 狀態(tài)等）。

如果定義了非線性材料, 需要得到各種應(yīng)力和應(yīng)變分量。

通過以上步驟，我們就完成了ANSYS高級非線性分析的基本流程，實際工程中非線性現(xiàn)象是普遍存在的，而且非線性問題由于其算法及工況的復(fù)雜性，在實際使用過程中會存在各種不收斂或精度差等問題，相信肯定給很多仿真工程師帶來過痛苦的回憶，希望這篇技巧能給運(yùn)用ANSYS軟件，奮戰(zhàn)在結(jié)構(gòu)非線性仿真道路上的工程師們以理論指導(dǎo)。