Abaqus 常见问题(16) - 几何非线性
1. 几何非线性
当结构位移的大小影响到结构响应时，就会发生几何非线性。常见示例包括有：1）大的偏转或旋转；2）突弹跳变(Snap-through)；3）初始应力或预加载。
1.1 大的偏转或旋转
如图所示的悬臂梁，当自由端的偏转很小，可以认为分析是近似线性的。当自由端的偏转很大时，结构的形状变化大，则其刚度就会发生变化；此外，载荷不再垂直于梁，载荷可以分解为一个垂直于梁和一个沿着梁的分量。
1.2 突弹跳变(Snap-through)
如图所示的受压力载荷作用的平板，较大的偏转和旋转会对结构受力形式产生显著影响。当发现突弹跳变时，刚度甚至变为负的。
1.3 初始应力或预加载
如图所示的琴弦，在乐器上拉紧后，会产生一定的张力，可以确保乐器的音准和稳定性。
2. Abaqus 中考虑几何非线性
在Abaqus的静力学分析中，默认不开启几何非线性。在Abaqus/Explicit中默认开启几何非线性。
要考虑几何非线性，在Abaqus 中的设置非常简单，只需在“分析步 (Step)”模块中创建分析步时，对“Nlgeom”项选择“On”即可。通常，对于非线性分析，最大增量数据可适当设置大一些。初始时间增量通常为总时间的10%。
3. 为什么我想要的变形与预期不符合？
有时候我们在处理实际问题中，可能会遇到想要某个结构变形到一定程度，但所得结果与预期严重不符合。例如，对 FPC 进行折弯分析，查看在弯折过程中结构的受力情况，明明在分析步中设置了位移边界条件，使其弯折90度，但所得结果就是与预期不符合。
我们来通过一个示例直观地比较一下开启与不开启几何非线性的差异。
3.1 开启与不开启几何非线性的差异
如下图所示的平板，平板长宽高分别为1m * 0.05m * 0.025m。左端固定；右端绕Y轴负向旋转180°。为仅比较几何非线性与线性分析的区别，材料使用线性材料。
分析结果如下图所示。当使用线性静力分析，最终结果并未使得右端旋转180°。而使用非线性静力分析，则得到预期结果。
因此，对于此类情况，如果所需变形未达到预期，应当先检查下是否未开启几何非线性分析，虽然并不一定是这个原因。
