ANSYS常见问题及应用技巧（一）

　　1.ANSYS中的等效应力是什么物理含义?

　　1)ANSYS中等效应力最大应力s1有什么区别，平常讨论应力分布，应该用等效应力还是最大应力s1呢?

　　2)计算等效应力时是否需要输入等效泊松比呢?

　　3)在实际的应用中，例如在讨论平板上的圆孔应力集中的应力分布问题时，应该用等效应力来描述应力集中的现象，还是采用主应力s1来反应集中的程度呢?还是采用一个单方向的sx来说明问题呢?

　　答：1)这个等效应力应该就是弹塑性力学里的VonMises应力，他主要考察的是材料在各个方向上的应力差值，因为在实验室里获得材料强度都是单向载荷作用下的强度(当然现在也有三轴应力实验仪)，所以有时候材料所受的单向载荷可能很大，但并没有造成破坏，这是就是看他的等效应力，具体计算公式是:

　　σ等效=sqrt{0.5[(σ1-σ2)^2+(σ2-σ3)^2+(σ3-σ1)^2]}

　　2)等效应力是三项主应力的组合

　　如s，int即为max(si-sj),si,sj为三项主向应力。i，j=1，2，3 i≠j即tresca型

　　s,eqv为sqrt(0.5*∑(si-sj)**2)，i，j=1，2，3 i≠j 即mises型

　　3)个人认为应该采用等小应力来描述应力集中的现象，因为在实际中很难找到真正的单轴拉压的情况，一般结构的受力都没有这么简单，所以在分析的时候需要用等效应力来将各 主应力进行转化，因此应该用等效应力来描述应力集中的现象。

　　4)等效泊松比就是泊松比，等效应力计算时不会用到泊松比，不过在计算mises等效应变时会用到。对于泊松比的取值原则应遵循以下两条：

　　a:对于elastic & thermal strains 泊松比取为材料的泊松比;

　　b:对于plastic creep hyperelastic strains 泊松比取为0.5。

　　2.ANSYS后处理中负值的应力是压应力还是拉应力?

　　答：在力学范畴内对描述应力的准则是拉为正，压为负。外载荷(压力/拉力)，压为正，拉为负。

　　3. 解决非线性分析不收敛的技巧

　　在进行非线性问题的分析时，影响非线性收敛稳定性及其速度的因素很多，在实际应用时，主要应注意几个以下方面：

　　1)模型——主要是结构刚度的大小。对于某些结构，从概念的角度看，可以认为它是几何不变的稳定体系。但如果结构相近的几个主要构件刚度相差悬殊，在数值计算中就可能导致数值计算的较大误差，严重的可能会导致结构的几何可变性——忽略小刚度构件的刚度贡献。 如出现上述的结构，要分析它，就得降低刚度很大的构件单元的刚度，可以加细网格划分，或着改用高阶单元(BEAM->SHELL,SHELL->SOLID)。构件的连接形式(刚接或铰接)等也可能影响到结构的刚度。

　　2)线性算法(求解器选择)。ANSYS中的非线性算法主要有：稀疏矩阵法(SPARSE DIRECT SOLVER)、预共轭梯度法(PCG SOLVER)和波前法(FRONT DIRECT SLOVER)。稀疏矩阵法是性能很强大的算法，一般默认即为稀疏矩阵法(除了子结构计算默认波前法外)。预共轭梯度法对于3-D实体结构而言是最优的算法，但当结构刚度呈现病态时，迭代不易收敛。为此推荐以下算法选择准则：

　　a:BEAM单元结构，SHELL单元结构，或以此为主的含3-D SOLID的结构，用稀疏矩阵法;

　　b:3-D SOLID的结构，用预共轭梯度法;

　　c:当你的结构可能出现病态时，用稀疏矩阵法;

　　d:当你不知道该用什么算法时，可用稀疏矩阵法。

　　3)非线性逼近技术。在ANSYS里还是牛顿-拉普森法和弧长法。牛顿-拉普森法是常用的方法，收敛速度较快，但也和结构特点和步长有关。弧长法常被某些人推崇备至，它能算出力加载和位移加载下的响应峰值和下降响应曲线。但也发现：在峰值点，弧长法仍可能失效，甚至在非线性计算的线性阶段，它也可能会无法收敛。

　　为此，尽量不要从开始即激活弧长法，还是让程序自己激活为好(否则出现莫名其妙的问题)。子步(时间步)的步长还是应适当，自动时间步长也是很有必要的。

　　4)加快计算速度

　　在大规模结构计算中，计算速度是一个非常重要的问题。下面就如何提高计算速度作一些建议：

　　a：充分利用ANSYS MAP分网和SWEEP分网技术，尽可能获得六面体网格，这一方面减小解题规模，另一方面提高计算精度。

　　b：在生成四面体网格时，用四面体单元而不要用退化的四面体单元。比如95号单元有20节点，可以退化为10节点四面体单元，而92号单元为10节点单元，在此情况下用92号单元将优于95号单元。

　　c：选择正确的求解器。对大规模问题，建议采用PCG法。此法比波前法计算速度要快10倍以上(前提是您的计算机内存较大)。对于工程问题，可将ANSYS缺省的求解精度从默认设置1E-8改为1E-4或1E-5即可。

　　5)荷载步的设置直接影响到收敛。应该注意以下几点：

　　a:设置足够大的荷载步(将MAXMIUM SUBSTEP=1000000)，可以更容易收敛，避免发散的出现(nsub,nsbstp,nsbmx,nsbmn);

　　b:设置足够大的平衡迭代步数，默认为25，可以放大到很大(100)(eqit,eqit);

　　c:将收敛准则调整，以位移控制时调整为0.05，以力控制为0.01(CNVTOL,lab,value,toler,norm,minref)。

　　d:对于线性单元和无中间节点的单元(SOLID65和SOLID45)，关闭EXTRA DISPLACEMENTS OPTIONS(在OPTIONS中)。

　　e:对于CONCRETE材料，可以关闭压碎功能，将CONCRETE中的单轴抗压强度设置为-1(tadata,mat,shrcf-op,shrcf-cl,UntensSt,UnCompSt(-1))。

　　4. 非线性计算完的收敛图线，如何看他的收敛性呢，每条颜色的线代表什么意思呢?

　　答：F:力;

　　M：力矩;

　　crit/L2: 按照两种收敛准则计算出来的误差量。

　　如果计算出来的误差量落在收敛准则之下，则表示该子步计算收敛。

　　5.如何读出ANSYS的刚度矩阵?

　　答：整体刚度和质量矩阵的提取需要进行二次开发，由ansys形成的二进制文件.full提取整体刚度和质量矩阵。程序的具体实现方式可参照如下程序代码：

　　*************************单元刚度和质量矩阵的提取*************************

　　/DEBUG

　　finish

　　/clear

　　PI=3.1415926

　　w1=3

　　w2=10

　　w3=6

　　w4=1.2

　　r=.8

　　t=0.08

　　/PREP7

　　!*

　　ET,1,SHELL63

　　R,1,t

　　ET,2,MASS21

　　R,2,500,500,500,2000,2000,2000,

　　!*

　　UIMP,1,EX, , ,2e11

　　UIMP,1,NUXY, , ,0.3,

　　UIMP,1,DAMP, , ,0.2,

　　UIMP,1,DENS, , ,7800,

　　BLC4,0,0,w2,w1

　　ESIZE,1.5,0,

　　AMESH,all

　　NSEL,S,LOC,X,0.0

　　D,all, , , , , ,ALL, , , , ,

　　allsel,all

　　SFA,all,1,PRES,12

　　FINISH

　　/OUTPUT,cp,out,, ! 将输出信息送到cp.out文件

　　/debug,-1,,,1 ! 指定输出单元矩阵

　　/SOLU

　　SOLVE

　　finish

　　/OUTPUT, TERM ! 将输出信息送到output windows中

　　******************************************************************************