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ansys中幾何非線性的分類

時間:2010-11-14 11:51:55 來源:未知
Ansys中有多種變形定義:
1。LARGE STRAIN:從ANSYS理論說明書的推導來看,引入了對數(shù)應(yīng)變,在原貼中認為這種對數(shù)應(yīng)變是真應(yīng)變,筆者覺得這一點值得探討,我們知道應(yīng)變定義一般分為三種,即工程應(yīng)變,或稱為柯西應(yīng)變,即小變形情況下通常的應(yīng)變定義。大變形情況下,以初始構(gòu)形為基礎(chǔ),可定義格林應(yīng)變,以現(xiàn)實構(gòu)形為基礎(chǔ),可定義阿耳曼西應(yīng)變。筆者認為,對數(shù)應(yīng)變實際上是為簡化大變形分析,定義的一種應(yīng)變形態(tài)。如果在ansys中打開大變形效應(yīng),那么對數(shù)應(yīng)變的引入是不必要的,因為無論格林應(yīng)變還是阿耳曼西應(yīng)變都考慮了現(xiàn)實構(gòu)形和初始構(gòu)形的區(qū)別。在小變形分析中,也無必要引入對數(shù)應(yīng)變,因為此時初始構(gòu)形和現(xiàn)實構(gòu)形差別甚微,不必進行區(qū)分。
但如果實際變形較大(超過10%),而在分析中又未打開大變形效應(yīng),則此時使用對數(shù)應(yīng)變是有必要的。(因為柯西應(yīng)變?yōu)榉强杉討?yīng)變,對數(shù)應(yīng)變是可加的)。所以說對數(shù)應(yīng)變是在未打開大變形效應(yīng)開關(guān)的前提下為考慮較大應(yīng)變而人為設(shè)計的一種應(yīng)變形態(tài)。
2。LARGE ROTATION 大轉(zhuǎn)動問題。
著名的例子就是釣魚竿問題。釣魚竿是大變形,小應(yīng)變問題。釣魚竿在變形時,能引起應(yīng)變的變形很小,橫向大變形是因為剛體轉(zhuǎn)動而引起的。但是,在連續(xù)體力學中,對剛體轉(zhuǎn)動的處理是非常關(guān)鍵的。為什么說很關(guān)鍵呢,因為剛體運動是不產(chǎn)生應(yīng)變的,但對于某些應(yīng)變定義(Strain Measures),比如上述的工程應(yīng)變或者對數(shù)應(yīng)變,直接代入計算后應(yīng)變不為零(通過位移求得應(yīng)變),也就會計算出應(yīng)力來。因此,需要消除元剛體運動的影響。以上一段編輯所寫,筆者要補充的是在這種情況下最好的辦法就是引入格林應(yīng)變或阿耳曼西應(yīng)變,它們均是可以消除剛體運動影響的(通過在本構(gòu)方程中使用格林或阿耳曼西本構(gòu)速率),與上述兩種應(yīng)變對應(yīng)的應(yīng)力是克希霍夫應(yīng)力和歐拉應(yīng)力。之所以在有限元分析中采用格林應(yīng)變,是因為我們所知的初始條件均是針對初始構(gòu)形的。
3。Stress Stiffening的幾何非線性 (大變形,小應(yīng)變)
這種幾何非線性實際是考慮了前一子步應(yīng)力狀態(tài)對后續(xù)子步切線剛度矩陣的影響,當打開大變形效應(yīng)時,子步量級上的應(yīng)力剛度矩陣修正是由程序自動進行的,此時打開stress stiffen選項,筆者認為是打開了迭代量級上的剛度矩陣修正,即在每一次方程迭代過程中均考慮了應(yīng)力剛度矩陣對切線剛度矩陣的修正。
在一些線性分析中(如膜面的面外變形)打開此選項是必要的,只有打開了這一選項,才能在方程迭代級別上考慮面內(nèi)高應(yīng)力狀態(tài)對面外剛度的影響。
無論是對數(shù)應(yīng)變還是格林應(yīng)變都是一種為了分析方便而定義的應(yīng)變形式,都可以通過單軸拉伸試驗獲得相應(yīng)的本構(gòu)關(guān)系(即使是對數(shù)應(yīng)變也是通過伸長量λ換算而來),一般在大應(yīng)變分析中,采用cauchy應(yīng)力-對數(shù)應(yīng)變,而在大轉(zhuǎn)動(小應(yīng)變)分析中,采用柯西獲夫應(yīng)力-green應(yīng)變,之所以區(qū)分大應(yīng)變和大轉(zhuǎn)動(他們均屬于大變形分析),都是為了分析簡便。