非线性有限元分析

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用 ID A - E S软件进行结构几何非线性有限元分析长沙中联重工科技发展股份有限公司关键词：非线性有限元 I D A - E S软件平衡方程迭代

张劲

值得注意的是，几何非线性问题和材料非线性问题的求解方法完全相同。

1非线性问题简介一

般来说，固体力学的问题中的所有现象都是非

2非线性有限元简介在有限元法中，平衡方程为[ K】{}={ d F}+{ T}其中：

线性的。当载荷、材料特性、接触条件、结构刚度是位移的函数时，此类问题均属于非线性问题。工程中有许多问题用线性理论解决会导致结果有很大的误差， 甚至完全不合适，而必须用非线性理论来解决。非线性问题分为几何非线性和材料非线性两大类。前者是由结构变形的大位移所造成的 (括大位移、小应变包和大位移、大应变问题 )而后者是指材料的物理定律，是非线性的一类问题 (如弹塑性、蠕变、粘弹性、粘塑性问题等 )。

[ K】=∑ J . B】[[ .[ D】 B】d v

{ F}= E J, N】[】d [ f v

{}=∑ J[ [】d T N】 f s s上式中∑是指在整个域中所有单元求和。[ K】是整体刚度矩阵， F} T}{、{分别为作用与节点上的当量在本例中，液压油冷却风机的启停和手遥转

适合非线性有限元学习及作业~

非线性有限元分析报告

1 非线性问题的类型

1. 1 线性分析的含义

在有限元分析中的线性假设包含下列含义：即结点位移为无限小量，材料为线弹性，加载时边界条件的性质保持不变。于是，静力平衡方程可以表示为：

K U R (1.1)

其中， K 为刚度矩阵， R 为荷载矢量。由于 K 和 R 的元素为常数，故位移响应 U 是荷载矢量 R 的线性函数。也就是说，如果 R 变为 R ，则 U 变为 U ，其中，

为常数。这就是所谓的线性有限元分析。如果上述假设中的任何一条不能得到满足，

那么就属于非线性有限元分析。 1.2 非线性问题的类型

通常，把非线性问题分为两大类，即分为几何非线性和材料非线性。但从建立基本方程和程序设计的方便出发，又可分为三种类型：

1．材料非线性：非线性效应仅由应力应变关系的非线性引起，位移分量仍假设为无限小量，故仍可采用工程应力和工程应变来描述，即仅材料为非线性。非线性的应力应变关系是结构非线性的常见原因，许多因素都可以影响材料的应力应变性质，包括加载历史（如在弹塑性响应状况下），环境状况（如温度），加载的时间总量（如在蠕变响应状况

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非线性有限元分析报告

1 非线性问题的类型

1. 1 线性分析的含义

在有限元分析中的线性假设包含下列含义：即结点位移为无限小量，材料为线弹性，加载时边界条件的性质保持不变。于是，静力平衡方程可以表示为：

K U R (1.1)

其中， K 为刚度矩阵， R 为荷载矢量。由于 K 和 R 的元素为常数，故位移响应 U 是荷载矢量 R 的线性函数。也就是说，如果 R 变为 R ，则 U 变为 U ，其中，

为常数。这就是所谓的线性有限元分析。如果上述假设中的任何一条不能得到满足，

那么就属于非线性有限元分析。 1.2 非线性问题的类型

通常，把非线性问题分为两大类，即分为几何非线性和材料非线性。但从建立基本方程和程序设计的方便出发，又可分为三种类型：

1．材料非线性：非线性效应仅由应力应变关系的非线性引起，位移分量仍假设为无限小量，故仍可采用工程应力和工程应变来描述，即仅材料为非线性。非线性的应力应变关系是结构非线性的常见原因，许多因素都可以影响材料的应力应变性质，包括加载历史（如在弹塑性响应状况下），环境状况（如温度），加载的时间总量（如在蠕变响应状况

基于UG的有限元分析

1. 模型的建立

利用UG8.0/ Modeling 模块建立模型，如图1所示：

图1 模型

2. 新建有限元模型

1) 单击【开始】→【高级仿真】命令，在【仿真导航器】窗口中右击单击【Rocker.prt】节点，在出的快捷菜单中单击【新建FEM】命令，弹出【新建部件文件】对话框，默认名称、文件夹，单击【确定】按钮。

2) 弹出【新建FEM】对话框，设置求解器为 NX NASTRAN。分析类型为结构分析。单击【确定】按钮，进入了创建有限元模型的环境。 3) 单击工具栏的【材料属性】

图标，弹出【指派材料】

对话框，选择好实体模型，在【材料】列表框中单击【Steel】，

再单击【确定】按钮即完成部件材料属性设置。 4) 单击工具栏中的【物理属性】

图标，弹出图2所示的

【物理属性表管理器】对话框，单击【创建】按钮，弹出【PSOLID】（体单元）对话框，如图2所示，在【材料】列表框中选取【Steel】选项，其他选项默认，单击【确定】按钮。返回到【物理属性表管理器】对话框。单击【关闭】按钮退出。

图2 【PSOLID】对话框

5) 单击工具栏中的【网格捕集器】

图标，弹出图3所示

的【网格捕集器】对话框，在【实体属性】列表框中选取上述设置的

老师上课用的课件,觉得很实用,理论总结到位,是很好的学习资料

第二章变分法的基本知识

简例

§2-1变分法问题的简例第一节第二节第三节第四节第五节第六节变分法问题的简例函数与泛函的比较变分的若干运算变分学中的若干基本定理几类泛函的驻值问题 Euler方程

简例1、过两点连线长度最短问题。简例2、弹性基础梁问题。简例3、重力场下最速降落问题。研究泛函极值(驻值)的问题，称为变分问题；研究泛函极值(驻值)的近似方法，称为变分方法；变分的命题实质上就是求泛函的极值或驻值问题。

条件驻值与无条件驻值问题 Lagrange Multiplier Method

第二章变分法的基本知识

泛函的定义

第二节函数与泛函的比较

自变函数的变分

§2-2函数与泛函的比较1、泛函的定义

2、泛函自变函数的变分定义 y (x )在 y1 ( x)附近的增量为变分：

I= I[ y(x)]

δy(x)= y(x) y1(x); y ( x )∈ R1(函数集合)定义域I∈ R2

根据 y (x )与 y1 ( x)的接近情况有不同的接近度： 0阶接近度：δy (x)很小，而δy ' ( x),δy" ( x), ,δy ( n ) ( x)并不很小。

(实数集合)

基于UG的有限元分析

1. 模型的建立

利用UG8.0/ Modeling 模块建立模型，如图1所示：

图1 模型

2. 新建有限元模型

1) 单击【开始】→【高级仿真】命令，在【仿真导航器】窗口中右击单击【Rocker.prt】节点，在出的快捷菜单中单击【新建FEM】命令，弹出【新建部件文件】对话框，默认名称、文件夹，单击【确定】按钮。

2) 弹出【新建FEM】对话框，设置求解器为 NX NASTRAN。分析类型为结构分析。单击【确定】按钮，进入了创建有限元模型的环境。 3) 单击工具栏的【材料属性】

图标，弹出【指派材料】

对话框，选择好实体模型，在【材料】列表框中单击【Steel】，

再单击【确定】按钮即完成部件材料属性设置。 4) 单击工具栏中的【物理属性】

图标，弹出图2所示的

【物理属性表管理器】对话框，单击【创建】按钮，弹出【PSOLID】（体单元）对话框，如图2所示，在【材料】列表框中选取【Steel】选项，其他选项默认，单击【确定】按钮。返回到【物理属性表管理器】对话框。单击【关闭】按钮退出。

图2 【PSOLID】对话框

5) 单击工具栏中的【网格捕集器】

图标，弹出图3所示

的【网格捕集器】对话框，在【实体属性】列表框中选取上述设置的

有限元分析

第32卷第5期2002年9月　　　　　　

东南大学学报(自然科学版)

JOURNALOFSOUTHEASTUNIVERSITY(NaturalScienceEdition)

Vol132No15Sept.2002

预应力钢混凝土组合双向楼板的非线性有限元分析

陆新征　　江见鲸

(清华大学土木工程系,北京100084)

摘要:利用非线性有限元方法,对预应力钢混凝土组合单向楼板和双向楼板进行了空间受力全

过程分析,并通过改变预应力筋配置进行了参数讨论.分析结果说明,相对于钢混凝土组合单向楼板,组合双向楼板的承载力可以提高133%,刚度可以提高66%.而施加预应力后,承载力还可以继续提高.钢.关键词:组合结构;双向楼板;预应力;非线性有限元中图分类号:TU312　　文献标识码:A:-05204

Spatialofsteel2concretetwo2wayslab

withnonlinearfiniteelementmethod

LuXinzheng　　JiangJianjing

(DepartmentofCivilEngineering,TsinghuaUniversity,Beijing100084,China)

Abstract:　Prestressedc

武汉理工大学教师备课专用纸

有限元分析基础 第一章 有限元法概述

在机械设计中，人们常常运用材料力学、结构力学等理论知识分析机械零构件的强度、刚度和稳定性问题。但对一些复杂的零构件，这种分析常常就必须对其受力状态和边界条件进行简化。否则力学分析将无法进行。但这种简化的处理常常导致计算结果与实际相差甚远，有时甚至失去了分析的意义。所以过去设计经验和类比占有较大比重。因为这个原因，人们也常常在设计中选择较大的安全系数。如此也就造成所设计的机械结构整体尺寸和重量偏大，而局部薄弱环节强度和刚度又不足的设计缺陷。

近年来，数值计算机在工程分析上的成功运用，产生了一门全新、高效的工程计算分析学科——有限元分析方法。该方法彻底改变了传统工程分析中的做法。使计算精度和计算领域大大改善。

§1.1 有限元方法的发展历史、现状和将来

一，历史

有限元法的起源应追溯到上世纪40年代（20世纪40年代）。1943年R.Courant从数学的角度提出了有限元法的基本观点。50年代中期在对飞机结构的分析中，诞生了结构分析的矩阵方法。1960年R.W.Clough在分析弹性力学平面问题时引入了“Finite Element Method”这一术语，从而标志着有限元法的思想

有限元分析过程可以分为以下三个阶段：

1.建模阶段: 建模阶段是根据结构实际形状和实际工况条件建立有限元分析的计算模型——有限元模型，从而为有限元数值计算提供必要的输入数据。有限元建模的中心任务是结构离散，即划分网格。但是还是要处理许多与之相关的工作：如结构形式处理、集合模型建立、单元特性定义、单元质量检查、编号顺序以及模型边界条件的定义等。

2.计算阶段: 计算阶段的任务是完成有限元方法有关的数值计算。由于这一步运算量非常大，所以这部分工作由有限元分析软件控制并在计算机上自动完成。 3.后处理阶段: 它的任务是对计算输出的结果惊醒必要的处理，并按一定方式显示或打印出来，以便对结构性能的好坏或设计的合理性进行评估，并作为相应的改进或优化，这是惊醒结构有限元分析的目的所在。

注意：在上述三个阶段中，建立有限元模型是整个有限分析过程的关键。首先，有限元模型为计算提供所以原始数据，这些输入数据的误差将直接决定计算结果的精度；其次，有限元模型的形式将对计算过程产生很大的影响，合理的模型既能保证计算结构的精度，又不致使计算量太大和对计算机存储容量的要求太高；再次，由于结构形状和工况条件的复杂性，要建立一个符合实际的有限元模型并非易事，它要考虑的

概括为三种情况

8 F, yP. q# F1）单元损伤失效，这种单元失效可以用来模拟材料由于损伤，或其他原因导致刚度减小的情况。 2）单元直接删除技术，这种技术可以用来模拟基坑，隧道开挖而导致的材料消失情况。

8 f) P% B ?7 ^/ V$ x6 i# w6 u

3）vumat，这种方法本质上讲与第一种相类似，但是它可以根据用户自己的情况来删除单元，但是属于很高级的操作，难度也较大

6 C/ y$ K( y7 _5 y, I0 [1 g

0 h/ X5 | a. E* t, \\7 H2 h\当然，cohesive也可以算作一种单元删除的方法，只是本身很少做断裂模拟，对于那方面不是很了解。在这三种方法中，我想讲一讲前两种情况。1首先来讲一下第二种方法。这种方法很简单

, Q' k4 r' ]\& x; F2 @. O7 S p+ {6 F\2 d. U7 `0 L! h9 M+ B

* V- X( r2 [ n; L: v: L他的使用方法就是在edit keyword中加一行关键字*MODEL CHANGE, TYPE=ELEMENT, REMOVE Set-1

Set-1为所定义的单元集合，这一集合需要事先定义，而这一关键字的位置