静态分析中如何考虑预应力

MILAN3

结构分析，第一步施加外力，用于产生预应力，第二步施加温度载荷(在结构单元中施加，aolution-define loads-structural-temperature).请教高手，第二步分析时，如何考虑第一步产生的预应力。

查了一下帮助文档，有三个命令PSTRES,ON; SSTIF,ON; NLGEOM,ON，请教高手这三个命令的区别是什么，对于上述情况，应该如何设置。

adidas04

3.1  几何非线性3.1.1  大应变效应    一个结构的总刚度依赖于它的组成部件（单元）的方向和单刚。当一个单元的结点经历位移后，那个单元对总体结构刚度的贡献可以以两种方式改变。首先，如果这个单元的形状改变，它的单元刚度将改变（ 图3-1(a) ）。其次，如果这个单元的取向改变，它的局部刚度转化到全局部件的变换也将改变（ 图3-1（b） ）。小的变形和小的应变分析假定位移小到足够使所得到的刚度改变无足轻重。这种刚度不变假定意味着使用基于最初几何形状的结构刚度的一次迭代足以计算出小变形分析中的位移（什么时候使用“小”变形和应变依赖于特定分析中要求的精度等级）。

相反，大应变分析考虑由单元的形状和取向改变导致的刚度改变。因为刚度受位移影响，且反之亦然，所以在大应变分析中需要迭代求解来得到正确的位移。通过发出 NLGEOM ，ON（GUI路径Main Menu>Solution>Analysis Options)，来激活大应变效应。这种效应改变单元的形状和取向，且还随单元转动表面载荷。（集中载荷和惯性载荷保持它们最初的方向。）在大多数实体单元（包括所有的大应变和超弹性单元），以及部分的壳单元中大应变特性是可用的。在ANSYS/Linear Plus程序中大应变效应是不可用的。

图3－1 大应变和大转动

大应变过程对单元所承受的总旋度或应变没有理论限制。（某些ANSYS单元类型将受到总应变的实际限制──参看下面。）然而，应限制应变增量以保持精度。 因此，总载荷应当被分成几个较小的步，这可用〔 NSUBST ， DELTIM ， AUTOTS 〕命令自动实现(通过GUI路径 Main Menu>Solution>Time/Frequent)。无论何时如果系统是非保守系统，如在模型中有塑性或摩擦，或者有多个大位移解存在，如具有突然转换现象，使用小的载荷增量具有双重重要性。

3.1.2  应力－应变    在大应变求解中，所有应力─应变输入和结果将依据真实应力和真实（或对数）应变（一维时，真实应变将表示为ε=Ln(l/l 0 ) 。 对于响应的小应变区，真实应变和工程应变基本上是一致的）。要从小工程应变转换成对数应变，使用ε Ln =Ln(l+ε eng )。要从工程应力转换成真实应力，使用σ true =σ eng (1+ε eng ) （这种应力转化仅对不可压缩塑性应力─应变数据是有效的）。
    为了得到可接受的结果，对真实应变超过50%的塑性分析，应使用大应变单元（VISCO106、107及108）。
    应该认识到在大应变分析的任何迭代中粗劣的单元形状（也就是，大的纵横比，过度的顶角以及具有负面积的已扭曲单元）将是有害的。因此，必须象注意单元的原始形状一样注意单元已扭曲后的形状（除了探测出具有负面积的单元外，ANSYS程序对于求解中遇到的粗劣单元形状不发出任何警告，必须进行人工检查）。如果已扭曲的网格是不能接受的，可以人工改变开始网格（在容限内）以产生合理的最终结果（参看 图3-2 ）。

图3－2  在大应变分析中避免低劣单元形状的发展具有小应变的大偏移

3.1.3  小应变大位移

某些单元支持大的转动，但不支持大的形状改变。一种称作大位移的大应变特性的受限形式对这类单元是适用的。在一个大位移分析中，单元的转动可以任意地大，但是应变假定是小的。大位移效应（没有大的形状改变）在ANSYS/Linear Plus程序中是可用的（在ANSYS/Mechanical,以及ANSYS/Structural产品中，对于支持大应变特性的单元，大位移效应不能独立于大应变效应被激活。）。在所有梁单元和大多数壳单元中，以及许多非线性单元中这个特性是可用的。通过打开 NLGEOM ，ON （GUI路径Main Menu>Solution>Analysis Options）来激活那些支持这一特性的单元中的大位移效应。

3.1.4  应力刚化    结构的面外刚度可能大大地受那个结构中面内应力状态的影响。面内应力和横向刚度之间的耦合，通称为应力刚化，在薄的、高应力的结构中，如缆索或薄膜中，是最明显的。一个鼓面，当它绷紧时会产生垂向刚度，这是应力强化结构的一个普通的例子。尽管应力刚化理论假定单元的转动和应变是小的，在某些结构的系统中（如在 图3-3（a） 中），刚化应力仅可以通过进行大挠度分析得到。在其它的系统中（如 图3-3(b) 中），刚化应力可采用小挠度或线性理论得到。

图3－3 应力刚化梁

    要在第二类系统中使用应力硬化，必须在第一个载荷步中发出 SSTIF ，ON（GUI路径Main Menu>Solution>Analysis Options）。ANSYS程序通过生成和使用一个称作“应力刚化矩阵”的辅助刚度矩阵来考虑应力刚化效应。尽管应力刚度矩阵是使用线性理论得到的，但由于应力（应力刚度矩阵）在每次迭代之间是变化的，因而它是非线性的。
    大应变和大挠度过程包括初始应力效应，它作为大应变和大挠度理论的一个子集，对于许多实体和壳单元，当大变形效应被激活时〔 NLGEOM ，ON〕（GUI路径Main Menu>Solution>Analysis Options)自动包括初始刚化效应。
    在大变形分析中〔 NLGEOM ，ON〕包含应力刚化效应〔 SSTIF ，ON〕将把应力刚度矩阵加到主刚度矩阵上，以在具有大应变或大挠度性能的大多数单元中产生一个“近似的”协调切向刚度矩阵。例外情况包括 BEAM4 和 SHELL63 ，以及不把“应力刚化”列为特殊特征的任何单元。对于 BEAM4 和 SHELL63 ，你可以通过设置KEYOPT（2）=1和 NLGEOM ，ON在初始求解前激活应力刚化。当大变形效应为ON（开）时这个 KEYOPT 设置激活一个协调切向刚度矩阵选项。当协调切向刚度矩阵被激活时（也就是，当KEYOPT（2）=1且 NLGEOM ，ON时） SSTIF 对 BEAM4 和 SHELL63 将不起作用。
在大变型分析中使用应力 刚 化的建议：

·  对于大多数实体单元，应力刚化的效应是与问题相关的，在大变型分析中的应用可能提高也可能降低收敛性。在大多数情况下，首先应该尝试一个应力刚化效应OFF（关闭）的分析。如果你正在模拟一个受到弯曲或拉伸载荷的薄的结构，当用应力硬化OFF（关）时遇到收敛困难，则尝试打开应力硬化。

·  应力刚化不建议用于包含“不连续单元”（由于状态改变，刚度上经历突然的不连续变化的非线性单元，如各种接触单元， SOLID65 ，等等）的结构。对于这样的问题，当应力刚化为ON（开）时，结构刚度上的不连续线性很容易导致求解“胀破”。

·  对于桁、梁和壳单元，在大挠度分析中通常应使用应力刚化。实际上，在应用这些单元进行非线性屈曲和后屈曲分析时，只有当打开应力刚化时才得到精确的解。（对于 BEAM4 和 SHELL63 ，你通过设置单元KEYOPT（2）=1激活大挠度分析中〔 NLGEOM ，ON〕的应力刚化。）然而，当你应用杆、梁或者壳单元来模拟刚性连杆，耦合端或者结构刚度的大变化时，你不应使用应力刚化。

注意： 无论何时使用应力刚化，务必定义一系列实际的单元实常数。使用不是“成比例”（也就是，人为的放大或缩小）的实常数将影响对单元内部应力的计算，且将相应地降低那个单元的应力刚化效应。结果将是降低解的精度。

3.1.5  旋转软化

旋转软化是指动态质量效应调整（软化）旋转物体的刚度矩阵。在小位移分析中这种调整近似于由于大的环形运动而导致几何形状改变的效应。通常它和预应力[ PSTRES ]（GUI路径Main Menu>Solution>Analysis Options）一起使用，这种预应力由旋转物体中的离心力所产生。它不应和其它变形非线性，大挠度和大应变一起使用。旋转软化用 OMEGA 命令中的KPSIN来激活（GUI路径Main Menu>Preprocessor>Loads>-Loads-Apply>-Structural-Other>Angular Velotity）。

adidas04

我感觉你要的不是预应力问题，而是结构----热耦合问题

nucansys

adidas04 发表于 2014-3-17 16:06
我感觉你要的不是预应力问题，而是结构----热耦合问题

我也碰到同一个问题，我碰见一个实例，就是一个圆柱先收到一个静态的轴向拉应力，然后呢，在中间位置受到一个随时间变化的力，他是这么做的，先制作静态力拉的计算，然后选择new analysis 选modal，在anslysis options里边勾选预应力项，并25阶模态，solve！ 然后选择new analysis，然后选瞬态，施加冲击载荷！！！！！
我自己的问题是这样的，两个glue的块，先冷却，由500°降到25，然后呢，选new analysis 选静态！！！想继续分析一下降温后的静力情况，比如时间静态载荷！，我能和他一样吗？虽然我做出来的结果，和没有预应力的相比，的确不一样！可是这样对吗？  模态分析后，我能继续施加静态的力吗？

nucansys

adidas04 发表于 2014-3-17 16:00
3.1  几何非线性3.1.1  大应变效应    一个结构的总刚度依赖于它的组成部件（单元）的方向和单刚。当一个单 ...

我也碰到同一个问题，我碰见一个实例，就是一个圆柱先收到一个静态的轴向拉应力，然后呢，在中间位置受到一个随时间变化的力，他是这么做的，先制作静态力拉的计算，然后选择new analysis 选modal，在anslysis options里边勾选预应力项，并25阶模态，solve！ 然后选择new analysis，然后选瞬态，施加冲击载荷！！！！！
我自己的问题是这样的，两个glue的块，先冷却，由500°降到25，然后呢，选new analysis 选静态！！！想继续分析一下降温后的静力情况，比如时间静态载荷！，我能和他一样吗？虽然我做出来的结果，和没有预应力的相比，的确不一样！可是这样对吗？  模态分析后，我能继续施加静态的力吗？

不羁的风.

在结构中分析时，由于结构的预应力会改变结构的刚性，所以必须考虑，，,,
1.先对造成预应力的外力进行静力分析，求解，
2.在静力分析和你将要进行的一种分析求解中，打开 pstres，on命令，就表示考虑了预应力效应。