Excel函数：从知识付费到自我提升的旅程-16

OptiStruct的非线性隐式分析能够处理材料非线性、几何非线性以及接触非线性等问题。通过增量迭代的方式逐步逼近真实路径，使用牛顿-拉夫森方法求解非线性平衡方程，通常能够提供快速的收敛速度。在处理诸如大变形、塑性变形、接触和约束等高度非线性问题时，这种方法表现出了强大的鲁棒性。此外，还提供了自动时间步长控制功能，能够根据当前增量的收敛难度来调整下一步的时间步长，如果迭代次数少于设定的最优迭代次数，时间步长会增加；反之，如果迭代次数过多，则会减小时间步长。非线性隐式分析通常用于那些需要考虑加载路径历史依赖性的工程应用，如金属成形、轮胎分析和医疗器械分析等领域。本教学案例通过模拟平板在恒定压力下的弯曲，演示OptiStruct中的非线性大位移分析。在开始之前，请将本教程中使用的文件复制到您的工作目录。http://majorv.help.altair.com/minorv/simulation/tutorials/hwsolvers/optistruct/OS-T-1500/plate.zip此外，还提供了与线性分析结果的比较，以说明进行非线性大位移分析的要求。本教程考虑了几何非线性（大位移）和弹塑性材料。对于static分析，能量方程简化为F=Ku，其中求解未知位移（u）。在非线性大位移分析中，刚度（K）可能是材料、几何体和边界条件的函数。因此，采用增量迭代方法来计算未知位移。可以了解线性分析中考虑了哪些条件。首先，在分析过程中，材料是被认为是线性的，如图1所示。其次，几何变形应该足够小，以确保初始形状的变化不会显著到足以影响刚度。最后，在分析过程中，边界条件不应发生变化。图1.该分析同时考虑了几何和材料非线性。考虑几何非线性是因为在几何结构中观察到的大位移。此外，合成应力超过屈服应力极限，这意味着材料不符合线性应力-应变行为，并且开始观察到塑性效应。模型说明如下：图2说明了本教程中使用的结构模型：一个两端支撑的矩形长板，并在顶面上施加了分布式荷载。板的尺寸和材料参数，如下所示。图2.板上的约束和压力载荷的表示UnitsLength:mmTime:sMass:tonForce:NStress:MPaLength：1000mmWidth：200mmThickness：4.0mmMaterialSteel,elastoplasticInitialDensity：7.86e-9t/mm3Young'smodulus(E)：200000MPaPoissoncoefficient：0.29Yieldstress：100.0MPaTangentmodulus：20000.0MPaImposed：压力0.02MPa，垂直于板施加本教程包括以下练习：·创建plasticMaterial和相应的壳属性·设置边界条件和施加的载荷·设置非线性和线性分析·提交作业并查看结果一、启动HyperMesh并设置OptiStruct用户配置文件1.启动HyperMesh。此时将打开UserProfile对话框2.选择OptiStruct，然后单击OK。这将加载用户配置文件。它包括相应的模板、宏菜单和导入阅读器，将HyperMesh的功能缩减为与生成OptiStruct模型相关的功能。二、导入模型1.点击File>Import>SolverDeck。导入选项卡将添加到您的选项卡菜单中。2.对于Filetype，选择OptiStruct。3.选择文件图标。此时将打开SelectOptiStruct文件Browser。4.选择保存到工作目录的plate.fem文件。5.单击Open。6.单击Import，然后单击Close以关闭Import选项卡。三、设置模型3.1更新Material1.在ModelBrowser中，点击MaterialMAT1_1。2.输入值，如下所示。有关更多信息，请参阅MAT1。最初，MAT1cardimage表示线性各向同性材料。3.选中MATS1旁边的框，为非线性分析的双线性材料弹塑性定义其他材料属性。LIM1是材料屈服点，在本例中为屈服应力。H是塑性模量（加工硬化斜率），它定义了塑性区域中应变和应力之间的线性关系。对于双线性材料曲线，它与Young's模量通过切线模量（ETET）相关。有关更多信息，请参阅MATS1。图3.应力-应变曲线中的杨氏模量和切线模量以及它们相关的方程图4.3.2Update属性1.在ModelBrowser中，点击属性PSHELL_1。2.输入值，如下所示。有关更多信息，请参阅PSHELL。图5.3.3创建边界条件1.在ModelBrowser中，右键单击并选择Create>LoadCollector。2.对于Name，输入LC_SPC。3.单击Color并从调色板中选择一种颜色。4.对于CardImage，选择None。5.在Analysis页面中，选择constraints，然后切换create。6.将entityselector切换到节点并选择节点。图6.7.选择dof1和dof3。取消选择其他自由度8.对于载荷类型，请选择SPC。9.单击create创建边界约束。10.接下来，从对面的边缘选择节点。图7.11.选择dof3。取消选择所有其他这会限制z方向的平移移动。12.对于载荷类型，请选择SPC。13.单击create创建边界约束。14.单击return返回主菜单。3.4创建Uniform压力1.在ModelBrowser中，右键单击并选择Create>LoadCollector。2.对于Name，输入LC_IMPLOAD。3.单击Color并从调色板中选择一种颜色。4.对于CardImage，选择None。5.在Analysis页面中，单击pressures并切换create。6.将entityselector切换到elems，然后选择allelements。7.点击magnitude=旁边的切换按钮，并将压力定义方法切换为常量。8.对于magnitude，输入-0.02。9.对于载荷类型，选择PLOAD作为载荷类型。10.单击create>return。3.5定义非线性分析参数1.在ModelBrowser中，右键单击并选择Create>LoadStepInputs。2.对于Name，输入LC_NLPARM。3.对于Configtype，选择NonlinearParameters。默认类型为NLPARM。4.选择DT并输入0.0作为值。5.选择CONV作为UPW，EPSUP和ESPS为0.001，EPSW为1e-7，这是默认值。CONV标志选择收敛标准。在这种情况下，是位移(U)、载荷(P)和功(W)准则的组合。EPSU、EPSP和EPSW分别是它们各自的误差容限，UPW6.输入值，如下所示。有关更多信息，请参阅NLOUT。图8.3.6创建OutputParameters1.在ModelBrowser中，右键单击并选择Create>LoadStepInputs。2.对于Name，输入LC_NLOUT。3.对于Configtype，选择OutputParameters。默认类型将为NLOUT。4.选中NINT旁边的框，然后输入10。此参数设置中间结果的输出中显示的区间数。5.输入值，如下所示。有关更多信息，请参阅NLOUT。图9.图10.3.7定义输出控制参数1.在Analysis页面中，选择controlcards。2.单击GLOBAL_OUTPUT_REQUEST。3.对于DISPLACEMENT、ELFORCE、OLOAD、STRESS和STRAIN，将Option设置为Yes。4.单击return两次以转到主菜单。3.8激活大位移非线性分析1.在Analysis页面中，选择controlcards。2.从控制卡中，选择PARAM。3.选择HASHASSM和LGDISP。对于非线性分析，建议设置HASHASSM卡以减少内存需求，并设置LGDISP以激活大位移非线性static分析。4.对于HASHASSM，将Option设置为YES。5.对于LGDISP，设置为1。6.单击return返回主菜单。3.9创建非线性static分析SUBCASE在此步骤中，将创建线性和非线性LoadCase，它们具有相同的边界条件和施加的载荷。1.在ModelBrowser中，右键单击并选择Create>LoadStep。2.对于Name，输入nonlinear_lgdisp。3.对于Analysistype，选择Nonlinearstatic。4.对于SPC，请选择Unspecified>Loadcol。5.在SelectLoadcol对话框中，从LoadCollector列表中选择LC_SPC，然后单击OK。这将设置上面创建的边界条件。6.对于LOAD，选择Unspecified>Loadcol。7.在SelectLoadcol对话框中，从LoadCollector列表中选择LC_IMPLOAD，然后单击OK。这将设置上面创建的施加载荷。8.对于NLPARM，选择Unspecified>Loadstepinputs。9.在SelectLoadstepinputs对话框中，从Loadstepinputs列表中选择LC_NLPARM，然后单击OK。这将设置上面创建的分析参数。10.对于NLOUT，选择Unspecified>Loadstepinputs。11.在SelectLoadstepinputs对话框中，从Loadstepinputs列表中选择LC_NLOUT，然后单击OK。这将设置上面创建的outputcontrol参数。非线性分析已设置完毕。12.在ModelBrowser中，右键单击并选择Create>LoadStep。13.对于Name，输入linear。14.对于Analysistype，选择LinearStatic。15.对于SPC，请选择Unspecified>Loadcol。16.在SelectLoadcol对话框中，从LoadCollector列表中选择LC_SPC，然后单击OK。17.对于LOAD，选择Unspecified>Loadcol。18.在SelectLoadcol对话框中，从LoadCollector列表中选择LC_IMPLOAD，然后单击OK。线性分析已设置。四、提交作业1.在Analysis页面中，单击OptiStruct面板。图11.访问OptiStruct面板2.单击saveas。3.在SaveAs对话框中，指定写入OptiStruct模型文件的位置，并在文件名中输入plate。对于OptiStruct求解器模型，建议使用.fem扩展名。4.单击Save。inputfile字段显示在SaveAs对话框中指定的文件名和位置。5.将导出选项切换设置为all。6.将runoptions切换设置为analysis。7.将内存选项切换设置为memorydefault。8.单击OptiStruct启动OptiStruct作业。如果作业成功，则新的结果文件应位于写入plate.fem的目录中。plate.out文件是查找错误消息的好地方，如果存在任何错误，这些错误消息可以帮助调试输入模型。写入目录的默认文件为：plate.html：HTML分析报告，提供问题表述和分析结果的摘要。plate.out：OptiStruct输出文件，包含有关文件设置的特定信息、优化问题的设置、运行所需的RAM和磁盘空间量的估计值、每次优化迭代的信息以及计算时间信息。查看此文件是否有警告和错误。plate.h3d：HyperView二进制结果文件。plate.stat：摘要，提供分析过程中每个步骤的CPU信息。在输出文件（plate.out）中，可以遵循根据定义非线性分析参数中选择的标准参数计算的收敛迭代。此外，还计算了每个步骤的最大塑性应变。图12.五、查看结果1.使用HyperView打开结果文件（plate.out），并绘制SUBCASE1和SUBCASE2在100%载荷（载荷因子=1.0）下的位移和vonMises应力云图。2.比较结果。图13.位移图14.应力（vonMises）图15.塑性应变来源：TodayCAEer