几何非线性分析有限元法

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

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

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)

维普资讯

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

大连理工大学

2013年“非线性有限元”课程考查

姓 名：刘 晓 蓬

学 号：21206181

指导教师：白 瑞 祥

DALIAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

一、材料非线性部分

1、基本理论与概念

根据相关有限元列式阐述弹塑性物理非线性分析的特点和程序设计要点

塑性是一种在某种给定载荷下,材料产生永久变形的材料特性,对大多的工程材料来说,当其应力低于比例极限时,应力应变关系是线性的,另外,大多数材料在其应力低于屈服点时表现为弹性行为也就是说当移走载荷时其应变也完全消失。由于屈服点和比例极限相差很小,因此在程序中假定它们相同在应力应变的曲线中低于屈服点的叫作弹性部分,超过屈服点的叫作塑性部分,也叫作应变强化部分。塑性分析中考虑了塑性区域的材料特性。路径相关性,既然塑性是不可恢复的,那么这种问题的就与加载历史有关,这类非线性问题叫作与路径相关的或非保守的。非线性路径相关性是指对一种给定的边界条件可能有多个正确的解,内部的应力-应变分布存在,为了得到真正正确的结果必须按照系统真正经历的加载过程,加载率相关性塑性应变的大小可能是加载速度快慢的函数。如果塑性应变的大小与时间有关,这种塑性叫作率无关性塑性,相反,

非线性有限元方法在结构接触分析中的应用

ABAQUS www.xncae.com

范瑞娟

Application of Nonlinear Finite Element Method on

Structure Contact Analysis

FAN Ruijuan

摘要： 针对某型机缝翼结构中所遇到的接触问题，应用ABAQUS有限元分析软件，对其进行了边界非线性有限元分析。利用ABAQUS的接触算法，真实的模拟了缝翼滑轨和滚柱之间的接触关系，进而得到真实的传力路经和应力分布。

关键词： 边界非线性；有限元分析；接触 1 引言

在有限元结构力学模拟中，非线性的来源有三种:材料非线性、边界非线性和几何非线性。材料非线性是指高应变时材料发生屈服，其应力-应变关系成为非线性；边界非线性是指边界条件随着载荷的变化而发生变化；几何非线性是指在模型分析中位移的大小影响到结构响应的情况。飞机结构设计中遇到的接触关系属于边界非线性问题。在有限元结构分析过程中，接触条件是一类特殊的不连续约束，它允许力从模型的一部分传递到另一部分。因为只有当两个表面发生接触时才会有约束产生，而当两个接触的面分开时，就不存在约束关系了，所以这种约束是不连续的。下面结

非线性有限元方法在结构接触分析中的应用

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范瑞娟

Application of Nonlinear Finite Element Method on

Structure Contact Analysis

FAN Ruijuan

摘要： 针对某型机缝翼结构中所遇到的接触问题，应用ABAQUS有限元分析软件，对其进行了边界非线性有限元分析。利用ABAQUS的接触算法，真实的模拟了缝翼滑轨和滚柱之间的接触关系，进而得到真实的传力路经和应力分布。

关键词： 边界非线性；有限元分析；接触 1 引言

在有限元结构力学模拟中，非线性的来源有三种:材料非线性、边界非线性和几何非线性。材料非线性是指高应变时材料发生屈服，其应力-应变关系成为非线性；边界非线性是指边界条件随着载荷的变化而发生变化；几何非线性是指在模型分析中位移的大小影响到结构响应的情况。飞机结构设计中遇到的接触关系属于边界非线性问题。在有限元结构分析过程中，接触条件是一类特殊的不连续约束，它允许力从模型的一部分传递到另一部分。因为只有当两个表面发生接触时才会有约束产生，而当两个接触的面分开时，就不存在约束关系了，所以这种约束是不连续的。下面结

ANSYS非线形分析指南 几何非线形分析

几何非线性分析

随着位移增长，一个有限单元已移动的坐标可以以多种方式改变结构的刚度。一般来说这类问题总是是非线性的，需要进行迭代获得一个有效的解。 大应变效应

一个结构的总刚度依赖于它的组成部件（单元）的方向和单刚。当一个单元的结点经历位移后，那个单元对总体结构刚度的贡献可以以两种方式改变变。首先，如果这个单元的形状改变，它的单元刚度将改变。（看图2─1(a)）。其次，如果这个单元的取向改变，它的局部刚度转化到全局部件的变换也将改变。（看图2─1（b)）。小的变形和小的应变分析假定位移小到 足够使所得到的刚度改变无足轻重。这种刚度不变假定意味着使用基于最初几何形状的结构刚度的一次迭代足以计算出小变形分析中的位移。（什么时候使用“小”变形和应变依赖于特定分析中要求的精度等级。

相反，大应变分析说明由单元的形状和取向改变导致的刚度改变。因为刚度受位移影响，且反之亦然，所以在大应变分析中需要迭代求解来得到正确的位移。通过发出NLGEOM，ON（GUI路径Main Menu>Solutio

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

l—2 有限单元法的特点在实际工作中，人们发现，一方面许多力学 问题无法求得解析解答，另一方面许多工程问 题也只需要给出数值解答，于是，数值解法便 应运而生. 力学中的数值解法有两大类型.其一是对微 分方程边值问题直接进行近似数值计算，这一 类型的代表是有限差分法；其二是在与微分方 程边值问题等价的泛函变分形式上进行数值计 算，这一类型的代表是有限单元法.

有限差分法的前提条件是建立问题的基本微分 方程，然后将微分方程化为差分方程(代数方程) 求解，这是一种数学上的近似.有限差分法能 处理一些物理机理相当复杂而形状比较规则的 问题，但对于几何形状不规则或者材料不均匀 情况以及复杂边界条件，应用有限差分法就显 得非常困难，因而有限差分法有很大的局限 性.计算结果已成为各类工业产品设计和性能 分析的可靠依据.大型通用有限元分析软件不 断吸取计算方法和计算机技术的最新进展，将 有限元分析、计算机图形学和优化技术相结合， 己成为解决现代工程学问题必不可少的有力工 具.

有限单元法的基本思想是里兹法加分片近 似.将原结构划分成许多小块，用这些离散单 元的集合体代替原结构，用近似函数表示单元 内的真实场变量，从而给出离散模型的数值 解.由于是分片近似，可采用