3、ANSYS几何非线性注意事项

（1）建模注意事项

a.单元选择注意事项

在定义单元类型时，应明白如果分析的过程中有几何非线性，应确保所选单元类型支持相应的几何非线性效应。例如shell63单元支持应力刚化和大挠度，但不支持大应变；而shell181则支持所有的三类几何非线性，可在单元描述的特殊特征列表中找到类似信息。特别是在选择接触单元的时候应慎重，有的接触单元是没有任何非线性能力，例如CONTAC52.

同时应注意剪切锁定以及体积锁定等不可压缩性所带来的收敛困难。关于剪切锁定的介绍可参考本站文章《有限元分析中的剪切锁定(shear lock)》。

b.预见网格扭曲

ANSYS在第一迭代之前，会检查网格的质量。在大应变分析中，迭代计算过后的网格或许会变得严重扭曲，为防止出现不良形状，可以预见网格扭曲从而修改原始网格。

c.足够的网格密度

为防止网格离散化错误，必须有足够的网格密度，否则就很容易造成等值线图不连续，同时如果要捕捉弯曲响应，壳和梁单元的网格密度应足够多，计算中不应有角度超过30度的单元。

d.耦合和约束方程

ANSYS在几何非线性计算过程中，节点坐标系不会因为考虑大转动而修正，耦合和约束方程总是作用在原始方向。因此在大位移分析中一般要避免耦合和约束方程，连接转动和位移自由度的约束方程是基于线性和小挠度理论，因此在使用耦合和约束方程之前应仔细考虑。

（2）求解注意事项

a.何时应选择大变形？ANSYS如何打开大变形？

大变形效应可以改善求解精度，但相应地，其求解代价也加倍增加。如果在分析问题的过程中，100%确定大变形效应不重要，这时可只选择小变形分析以使得求解效率最快，但如果对求解的问题有任何疑问，则可以始终采用大变形。

ANSYS中采用Nlgeom命令打开与关闭大变形效应：

NLGEOM,ON

NLGEOM, OFF

或通过菜单 Solution>Analysis Type>Sol'n Controls>Basic，在Analysis Options中设置大变形选项。

b.加载与边界条件

当考虑结构大变形效应时，载荷在很多情况下方向将保持不变，但是针对于某些特别载荷，当单元经历大转动时，载荷方向跟随单元而改变。ANSYS可以根据所施加的载荷类型来模拟不同情况。注意，在大应变分析中，压力施加于更新的面，因此由压力产生的总载将随单元伸长或缩短而变化。

在大变形分析中，一般应避免单点约束和单点力，不然很容易造成应力奇异的现象。

c.求解

求解过程中时间步长应足够小，使得在任何一个子步内，没有超过10度转动的单元。如果在反复二分之后，模型还不能在全载荷处收敛，原因可能是实际物理上的不稳定(屈曲或者全塑性截面)，这时候可以画出载荷—挠度曲线，看切向刚度是否为0.

参考文献

【1】水哥，ANSYS几何非线性概述，微信公众号： ANSYS结构院，2016-09-02