非线性分析(材料/几何/边界)

加强版本的软件选项

非线性分析

随着设计人员在众多应用项目中对材料的多种使用,非线性应力分析变得越来越重要的。LUSAS非线性分析选项理所当然地被认为是非线性分析的引导者,对于材料、几何与边界条件的非线性分析问题,它都能提供最为前沿的技术支持

      ● 概述                                                                 几何非线性
      ● 使用方便                                                          ● 边界非线性
      ● 可靠收敛性                                                       ● 荷载              
      ● 重启工具                                                          应力刚化效应                                          
      ● 材料非线性                                                       单元的生死
      荷载                                                                 结果处理

概述

与其它的有限元分析系统相比,目前LUSAS拥有一些在非线性分析时最为前沿的工具。对于求解复杂的所有非线性问题,其非线性选项对缩短设计与计算时间方面特别有用。由于LUSAS最初是作为非线性分析系统来使用的,因此非线性分析选项可以和其它分析选项捆绑在一起。非线性选项不仅可以求解大量的大变形、强材料非线性、复杂边界条件问题,而且也可以和LUSAS的动力分析与热/流场分析选项捆绑在一起来求解对于时间和温度效应敏感的问题。

使用方便

非线性选项包括自动荷载增量、收敛失效时的自动步长缩减以及灵活的重启分析等工具,这些特征能保证新的非线性有限元分析的使用人员快速地精通非线性求解问题。

可靠收敛性

在其它很多有限元分析软件分析收敛失效时,拥有强大的自动荷载增量法、弧长法以及步长缩减法程序的LUSAS软件仍能够有效地达到所要求的求解精度。对于求解的问题,我们能最大限度的选择力或者位移的增量技术与迭代技术,这些技术都基于完全的或者修改的Newton Raphson线性迭代法。通过对收敛准则的选择控制,我们可以对求解的项目进行监控。

重启工具

重启分析工具能够对以前未分析完就中止的非线性求解进行重启分析,但是这类分析就不需要再从头开始了,它只要接着以前分析过的继续下去就可以了。当我们使用这个工具对需要空间巨大的大规模非线性问题进行求解时,分析数据可以被设定为间隔一定的时间保存一次,或者分析数据被仅在最后收敛时才保存。程序可以从任何需要的数据处开始重启分析。

材料非线性

LUSAS 对材料模型的选择范围很大,它包括弹-塑性材料、易延展和断裂材料、开裂材料、损伤与蠕滑材料等等。非线性材料的种类包括金属、塑料、复合材料、橡胶、泡沫、土壤、岩石和混凝土。如果需要,这些材料的温度效应也可以被计入其中,材料的各向同性和各向异性特点也可以使用,材料的响应可以依赖于应变的历史和方向,各向异性材料的方向是完全可以被用户来定义的。为了保证快速和高效的求解,von-Mises和Hill材料模型使用一致刚度矩阵公式,这些公式提供抛物线收敛特性。通过最先进的后退欧拉技术,我们对应力分析速度进行了优化。此外,我们还提供了损伤和蠕滑模型接口,这样用户就可以将需要材料添加到材料库里面。

徐变

徐变工具使得我们可以高效地使用有时间依赖性的材料, 徐变算法是从自启动的(它不需要最初的线性求解),在瞬态分析中时自动计算适当的时间步长。通过将非时间依存性的塑性材料与徐变算法捆绑在一起,我们可以建立大量的材料模型,这两种材料都可以有温度依存性。此外,标准的和非标准的徐变法则都可以通过用户接口被添加进来。

几何非线性

当结构的变形大到使得原始的几何形状或者荷载的位置与方向极大地影响了结构行为,此时我们就必需要考虑结构的几何非线性。许多LUSAS单元能适应大变形、大旋转和最前沿的双旋转公式,这使得需要时的大应变能力可以实现。

边界非线性

对于边界非线性条件的分析,LUSAS拥有很多接触和冲击特征。当功能强大的滑移线工具用来简化一般的接触分析问题时,我们可以用大量的非线性节点单元来模拟支撑脱离情况。对一般的非固接单元组间或者和动力分析,可以用滑移线或者滑移面工具来建模分析。此选项的典型用处包括摩擦、冲击/能量吸收和金属程序等问题。程序也可以使用系紧的滑移线选项,当要对划分的两个相邻网格面大小不等的结构进行线性和非线性分析时,此选项也可以免除过渡网格的划分。由于接触区域力的改变往往很大,这些地方的快速收敛较难实现,程序提供了一个精密的接触检测工具。此工具能检测任何一个进入接触区域的节点并生成过渡区域,从而可以在接触到前减缓给节点一个缓冲。当然也可以用预接触设备进行特性静力非线性分析,此工具适用于在分析之前施加的荷载和界面力相互作用下,滑移线表面需要接触的情况,这一点允许滑移线表面间存在间隙。为了避免非限制的刚体运动,预接触工具引导物体进入接触区域。边界条件可以包括弹簧和单个/多个点约束。

荷载

荷载能以规定的位移,集中、分布或者体荷载的形式施加。此类荷载可以在整个结构上变化,变化的荷载可以通过各类工具或者在分析过程中用积分荷载工具来实现。保守的荷载(荷载的方向不随变形而改变)和非保守的荷载(荷载的方向随变形而改变)都可以被施加到结构上去。初始或者残余应力、应变和温度荷载都能够被定义。

应力刚化效应

在旋转工具中,旋转效应能对结构的自然频率产生重要的影响。为了在LUSAS中精确地得到频率,首先应使用初始非线性分析计入旋转效应,然后再进行自然频率的分析。对于像缆索这样的结构,对它施加的荷载、初始残余应力或者材料属性都能对对结构的刚度产生重要的影响,同上面的旋转效应影响一样,也可以在先进行了非线性分析后,再完成自然频率的计算。

单元的生死

在许多的应用实例中,有些结构部件需要在有限元分析过程中被添加或者去掉,LUSAS能够通过单元工具的生死实现这样的功能。通过用户的控制,任何在单元生或死之后存在的残余力都能被重新分配到周围的单元中去。附加的选项允许在单元生或死发生的地方定义任意边界的放松以及增量的数目。单元的生死工具能进行隧道和桥梁施工的精确模拟。

结果处理

除了生成功能强大的等值线、图、表等的一般特征外,大量的专用的非线性结果处理特征可以使用。这些包括:

  • 自动荷载-位移图形

  • 材料屈服视图

  • 混凝土开裂方向视图

  • 分析控制准则图

  • 结构变形动画

  • 接触区和接触压力可视化

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