ANSYS几何非线性和特征值屈曲分析，NLGEOM、SSTIF及PSTRES的区别
结构的几何非线性分析也可称为非线性屈曲，几何非线性分析只能使用NLGEOM和SSTIF。而结构的特征值屈曲分析，在静力分析获得应力刚度时，只能使用SSTIF和PSTRES，不能使用NLGEOM。因此有必要阐明打开这三个命令的异同，以便在分析过程中正确使用。
1.几何非线性分析，打开NLGEOM和仅打开SSTIF时的区别
众所周知，几何非线性包括大应变、大位移（大转动或大挠度）、应力刚化等。
打开NLGEOM(large-deflection effects)则包含所有几何非线性因素，而打开SSTIF(stress stiffness effects)仅包含了应力刚化和几何位置的变化。因此，若NLGEOM打开，缺省时SSTIF是打开的；若NLGEOM关闭，缺省时SSTIF也关闭；当然也可以不采用缺省设置，而是同时设置二者的打开与关闭。
所以，通常情况下，只需打开NLGEOM就默认了SSTIF也是打开的，而无需再次打开SSTIF。
以图1a)所示的结构为例，通过几何非线性分析比较二者的差别。设钢管柱高度为6m，规格为Ф180×8mm，伸臂与钢管相同，其长度为0.5m。在距离3m处设置一根拉杆，面积为140mm^2。假定采用Q345材料，弹性模量取210GPa，泊松系数取0.3。不考虑自重影响，且只考虑面内反应时，计算分析在荷载P=1500kN作用下的结果。非线性分析的命令流如下。
FINISH$/CLEAR$/PREP7
H=6$D=0.5$L=3
RI=0.09$RO=RI 0.008
K,1$K,2,,H$K,3,D,H$K,4,-L
L,1,2$L,2,3$L,4,2
ET,1,BEAM189$ET,2,LINK180
MP,EX,1,2.1E11$MP,PRXY,1,0.3
MP,EX,2,2.1E11$MP,PRXY,2,0.3
SECTYPE,1,BEAM,CTUBE
SECDATA,RI,RO
SECTYPE,2,LINK
SECDATA,140*1E-6
LSEL,S,,,1,2$LATT,1,,1,,,4,1
ESIZE,0.2$LMESH,ALL
NP=NODE(D,H,0)
LSEL,S,,,3$LATT,2,,2,,,,2
LESIZE,ALL,,,10
LMESH,ALL$ALLSEL,ALL
N1=NODE(0,0,0)$N2=NODE(-L,0,0)
D,N1,ALL$D,N2,ALL$D,ALL,UZ
/SOLU$ANTYPE,0
OUTRES,ALL,ALL
NSUBST,100,,20
SSTIF,ON
NLGEOM,ON!关闭或打开
ARCLEN,ON!打开弧长法
!对杆施加很小初应变
INISTATE,SET,DTYP,EPEL
INISTATE,SET,MAT,2
INISTATE,DEFINE,,,,,1E-6
F,NP,FY,-1500000
SOLVE$FINISH
/POST1$PLNSOL,U,X
/POST26$NSOL,2,NP,U,X
XVAR,2$PLVAR,1
NSOL,3,NP,U,Y
PROD,4,3,,,,,,-1
XVAR,4$PLVAR,1
NLGEOM打开时的变形如图1所示，图2a)为打开NLGEOM时的荷载-位移曲线，是全程曲线，可知也发生了跳跃失稳。图2b)为关闭NLGEOM但打开SSTIF时的荷载-位移曲线，只收敛到了大约TIME=0.65附近，与打开NLGEOM不同。图2c)和d)将两种情况的结果在一种坐标轴的对比，可以看出二者存在差别，在TIME=0.4一下时二者差别较小。
从上述结果可知：
（1）因为二者计入的因素不同，必然存在差别。尤其是在强几何非线性结构中，二者差别巨大。因此在几何非线性（或材料或状态及其组合等）分析中，打开NLGEOM开关即可。
（2）在几何非线性较弱时，二者差别尚可接受，例如本例在达到约0.5倍极值点荷载前，二者比较接近。
（3）本例结构的极值点荷载为0.616×1500kN=924kN（未考虑材料非线性），也即非线性屈曲荷载。荷载大于924kN时，结构发生跳跃失稳。
2. 在静力分析中，SSTIF与PSTRES的差别
在静力分析中，打开SSTIF或PSTRES肯定有差别，这在HELP中有解释，主要是打开SSTIF则应力刚度矩阵直接参与静力计算，是非线性分析，它当然也生成应力刚度矩阵。而打开PSTRES则仅仅告诉ANSYS要生成应力刚度矩阵，后面分析要用到此刚度矩阵而已，该刚度矩阵不参与静力分析，是线性分析。
因此，二者的差别无非是SSTIF可以进行非线性静力分析，而PSTRES是线性静力分析。
3.特征值屈曲分析，打开SSTIF与PSTRES有差别吗？
特征值屈曲分析的静力解求解时，不能使用NLGEOM命令，只能打开SSTIF进行非线性静力分析或PSTRES进行线性静力分析。如含索结构或非线性较强结构，在特征值屈曲分析之前的静力分析中，如考虑几何非线性需打开SSTIF才能进行静力分析。
貌似这种情况有：在施加较大的外荷载求得较小的特征值屈曲系数（尤其是为1.0时）时，通过前面的非线性屈曲分析可知，仅打开SSTIF的非线性静力分析，有时可能不收敛，这时就很难迭代求解特征值屈曲系数为1了。
这里强烈发问，在特征值屈曲分析中，分别使用二者或同时使用二者生成的应力刚度矩阵对特征值屈曲系数有何影响？事实上，二者在特征值屈曲分析中完全相同，任意使用二者之一便可进行特征值屈曲分析，特征值屈曲系数完全相同，也就是说二者生成的应力刚度矩阵没有差别。
既然打开SSTIF的非线性静力分析难以获得静力解，并且即使获得非线性静力解，对特征值屈曲系数也没有影响，为何不选择打开PSTRES呢？！既简单也方便。如果这两个命令同在，后执行的有效。
因此，特征值屈曲分析中，SSTIF和PSTRES的差别仅在于获得静力解的过程中是非线性分析还是线性分析，但对最后的结果-特征值屈曲系数没有影响。
本例的特征值屈曲荷载为1834200N=1834.2kN，本例特征值屈曲分析结果会出现大量的负特征值系数，与之对应的屈曲模态都很异常。本例的特征值屈曲荷载与非线性屈曲荷载之比达1.985（1834.2/924），显然，对某些特殊结构（几何非线性明显时），采用非线性屈曲分析更合适。
总结上述内容有：
（1）NLGEOM包含SSTIF，默认时SSTIF状态跟随NLGEOM，非线性分析或非线性屈曲时打开NLGEOM就可。
（2）特征值屈曲分析时，打开SSTIF或PSTRES对特征值屈曲系数没有影响，非必须选用SSTIF时，建议选用PSTRES。
（3）屈曲分析包含特征值屈曲分析和非线性屈曲分析，非线性屈曲分析是屈曲分析的终极手段。如考虑双非线性（几何 材料）一般不称为屈曲分析，而是承载能力分析。
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