【OptiStruct要领】隐式非线性三大问题个个通关

OptiStruct是Altair公司旗下最为先进的结构分析求解器，可解决静态和动态载荷条件下的线性和非线性问题，包含了非线性静力分析、非线性动力分析、非线性热力学分析等。

今天主要为大家介绍OptiStruct针对隐式非线性三类主要问题上强大的求解分析功能。

图1   HyperWorks非线性求解工具

首先，我们需要了解一下非线性问题产生的原因。

通常在结构变形较大时，结构刚度会发生显著变化，因此线性的近似求解不再实用，我们必须采用变刚度方法求解非线性问题。针对不同的非线性问题，OptiStruct相应的具有处理几何非线性，材料非线性和包括接触在内的边界条件非线性以及组合的高度非线性的超强能力。

图2   几何非线性（大变形、大转动、后屈曲）

图3   材料非线性（弹塑性、超弹性）

图4   接触可视化/大滑移接触非线性

结构非线性问题中解存在不唯一性，而且结果不可放缩也不可叠加的难点，OptiStruct采用了Newton下山法求解，施加的载荷被分解为多个增量步逐步求解，可采用大增量步得到精确解，同时每个增量步多次迭代以达到收敛平衡。

图5   Newton下山法求解原理

所谓几何非线性就是考虑几何大变形对平衡方程的影响，目前OptiStruct隐式非线性可解决以下几何非线性效应：大变形，大转动，跟随力、应力强化、屈曲。支持1D、2D单元，工况间顺序求解和惯性释放。

图6   激活大变形和未激活大变形

图7   定义跟随载荷和未定义跟随载荷

对于基本的接触状态，OptiStruct隐式非线性提供基于MPC约束的接触算法，快速接触算法和大滑移接触算法。支持点对面的接触算法，同时还支持面对面接触形式，使得两接触体在接触部位的应力分布变得非常连续。

图8   有限滑移（每个增量步的接触更新）

图9   连续滑移（每个迭代步的接触更新）

材料非线性分析方面OptiStruct隐式非线性可以定义和分析包括：弹塑性、超弹性、密封单元、复合材料等问题。支持用户自定义材料，通过MATUSR卡片，引用外部函数(.dll,.so) 定义材料本构模型。

图10   用户自定义材料 (MATUSR卡片)

图11   Arruda-Boyce超弹性材料