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第1章 ANSYS非线性问题概述1

1.1非线性有限元基本理论1

1.1.1弹塑性本构关系1

1.1.2大变形几何关系2

1.1.3接触非线性问题4

1.2 ANSYS 非线性有限元的功能特点5

1.3 ANSYS 14.0新功能介绍9

第2章 非线性有限元求解技术13

2.1非线性求解算法13

2.1.1牛顿-拉普森求解13

2.1.2迭代过程15

2.1.3收敛准则16

2.2载荷步与子步17

2.2.1基本概念17

2.2.2阶跃载荷与渐变载荷18

2.3非线性稳定性方案18

2.4计算流程及如何获得收敛解22

2.4.1非线性分析的建议22

2.4.2非线性分析的相关选项23

第3章 非线性分析单元技术27

3.1连续实体单元27

3.1.1连续体单元概述27

3.1.2 ANSYS 14.0中常用实体单元介绍28

3.2壳单元29

3.2.1壳单元概述29

3.2.2 ANSYS 14.0中SHELL181/SHELL281单元介绍30

3.3梁单元30

3.3.1梁单元概述30

3.3.2 BEAM188/BEAM189单元的定义31

3.3.3 BEAM188/BEAM189单元的网格划分及载荷施加32

3.3.4 BEAM188/BEAM189单元的后处理33

3.4剪切和体积锁定问题33

3.4.1剪切锁定34

3.4.2体积锁定34

3.5单元公式及锁定问题处理36

3.5.1选择缩减积分（B-bar方法）36

3.5.2一致缩减积分36

3.5.3增强应变积分37

3.5.4简单增强应变积分38

3.5.5混合U-P公式38

3.6非线性分析单元选择建议38

3.6.1一般原则38

3.6.2线性分析和小应变非线性分析38

3.6.3有限应变非线性分析39

3.7实例：超弹性悬臂梁不同单元公式非线性分析39

3.7.1问题描述39

3.7.2数值模拟过程（GUI方法）39

第4章 几何非线性与屈曲分析47

4.1几何非线性分析47

4.1.1大应变效应47

4.1.2应力和应变度量48

4.1.3大位移/大转动（小应变）49

4.1.4应力刚化49

4.1.5旋转软化50

4.2几何非线性分析实现及提示50

4.2.1建模策略50

4.2.2网格质量检查51

4.2.3求解选项51

4.2.4加载和边界条件51

4.25后处理51

4.3屈曲分析52

4.3.1屈曲分析概述52

4.3.2特征值屈曲52

4.3.3特征值屈曲分析的步骤53

4.4非线性屈曲分析57

4.4.1非线性屈曲分析57

4.4.2非线性后屈曲分析59

4.5实例：超弹性材料拉伸试件的大变形分析60

4.5.1问题描述60

4.5.2数值模拟过程（GUI操作过程）60

4.6实例：拱结构的线性屈曲分析67

4.6.1问题描述67

4.6.2数值模拟过程（GUI操作过程）67

4.7实例分析：受集中载荷薄壳的失稳分析72

4.7.1问题描述72

4.7.2数值模拟过程（GUI方法）72

第5章 材料非线性分析77

5.1材料非线性分析概述77

5.2塑性理论介绍77

5.2.1屈服准则78

5.2.2流动准则81

5.2.3强化准则81

5.2.4常用塑性材料本构关系82

5.2.5循环强化和循环软化86

5.2.6棘轮和调整效应87

5.2.7 ANSYS对塑性过程的考虑88

5.3蠕变分析90

5.3.1蠕变现象90

5.3.2一般蠕变方程91

5.3.3隐式蠕变过程93

5.3.4显式蠕变过程95

5.3.5 ANSYS蠕变分析的求解过程100

5.3.6隐式蠕变与显式蠕变的比较102

5.4 DP材料模型102

5.4.1 DP材料简介102

5.4.2 DP材料定义及求解103

5.5混凝土材料模型104

5.5.1混凝土材料简介104

5.5.2混凝土材料定义及求解105

5.6超弹性材料105

5.6.1超弹性材料背景105

5.6.2超弹性材料本构模型107

5.6.3求解过程111

5.7实例：超弹性O形密封圈变形及应力分析112

5.7.1问题的描述112

5.7.2数值模拟过程（GUI操作）113

5.7.3命令流118

5.8实例：带槽口平板的棘轮行为分析120

5.8.1问题的描述120

5.8.2数值模拟过程（GUI操作）121

5.9实例：铝合金毛坯自然时效分析130

5.9.1问题的描述130

5.9.2数值模拟过程（GUI操作）130

5.9.3命令流134

第6章 接触非线性分析137

6.1接触非线性分析概念137

6.2接触类型及接触单元139

6.2.1接触分类139

6.2.2接触单元139

6.2.3接触对的建立142

6.2.4接触向导143

6.3接触分析基本参数设置145

6.3.1接触刚度145

6.3.2接触算法146

6.3.3穿透容差148

6.3.4接触行为148

6.3.5球形域149

6.3.6接触探测151

6.4摩擦153

6.4.1摩擦机制153

6.4.2库仑摩擦153

6.4.3摩擦参数定义154

6.5接触分析高级选项155

6.5.1控制节点155

6.5.2初始接触状态调整156

6.5.3对称接触/非对称接触159

6.5.4接触诊断工具160

6.6面-面接触161

6.6.1应用面-面接触单元161

6.6.2接触分析的步骤161

6.6.3建立几何模型并划分网格161

6.6.4识别接触对162

6.6.5指定接触面和目标面162

6.6.6定义目标面163

6.6.7定义柔体的接触面167

6.6.8设置实常数和单元关键选项169

6.6.9控制刚性目标面的运动（刚体-柔体接触）180

6.6.10热接触模拟181

6.6.11给柔体单元加必要的边界条件183

6.6.12定义求解和载荷步选项183

6.6.13求解185

6.6.14检查结果185

6.7点-面接触188

6.7.1使用点-面接触单元188

6.7.2点-面接触分析的步骤188

6.8点-点接触199

6.8.1建立几何实体及分网200

6.8.2生成接触单元200

6.8.3定义接触的法线方向201

6.8.4定义初始过盈或间隙202

6.8.5选择接触算法202

6.8.6施加必要的边界条件203

6.8.7定义求解选项203

6.8.8求解204

6.8.9检查结果205

6.9装配体接触分析205

6.10接触分析建议206

6.10.1接触对的定义206

6.10.2接触参数设置206

6.10.3收敛困难原因206

6.11实例：厚壁圆筒套装的过盈分析207

6.11.1问题的描述207

6.11.2数值模拟过程（GUI操作）207

6.11.3求解过程（命令流）212

6.12实例：两等长圆柱体赫兹接触分析214

6.12.1问题的描述214

6.12.2数值模拟过程（GUI操作）214

6.12.3求解过程（命令流）225

6.13实例：管夹装配体的接触分析227

6.13.1问题的描述227

6.13.2数值模拟过程（GUI操作）227

第7章 高级接触功能234

7.1 MPC方法简介234

7.2 MPC方法应用235

7.2.1连接非协调网格235

7.2.2连接不同单元类型235

7.2.3施加远处载荷236

7.3实体-板壳单元MPC连接技术237

7.3.1实体/实体接触237

7.3.2壳体/壳体接触基本过程237

7.3.3实体/壳体接触基本过程238

7.4实体-梁与板壳-梁MPC连接技术238

7.4.1实体-梁连接238

7.4.2壳体-梁连接239

7.5施加表面约束载荷240

7.6实例：梁对实体的多点约束接触分析241

7.6.1问题描述241

7.6.2数值模拟过程（GUI方法）241

7.7实例：筒体与斜接管接头应力分析247

7.7.1问题描述247

7.7.2数值模拟过程（GUI方法）247

第8章 单元生死技术259

8.1单元生死背景259

8.2单元生死实现过程260

8.2.1单元生死的工作原理260

8.2.2单元生死的实现过程260

8.2.3使用ANSYS结果控制单元生死262

8.2.4进一步说明263

8.2.5单元生死应用实例1264

8.2.6单元生死应用实例2—地铁开挖过程模拟269

第9章 复合材料分析277

9.1复合材料分析技术277

9.1.1单元理论和技术277

9.1.2复合材料单元281

9.1.3定义材料的叠层结构283

9.2失效准则及分析过程中的相关建议285

9.2.1定义失效准则285

9.2.2应遵循的建模和后处理规则288

9.3新增Debonding模拟材料分离行为290

9.3.1 Debonding功能概述及分析步骤290

9.3.2接触单元291

9.3.3粘结区材料模型291

9.4实例：粘结材料的界面开裂分析291

9.4.1问题的描述291

9.4.2数值模拟过程（GUI操作）292

9.5实例：复合材料工字梁的承载分析297

9.5.1问题的描述297

9.5.2数值模拟过程（GUI操作）297

9.5.3命令流301

参考文献304