Ansys的子弹冲击刚性壁非线性分析研究(3)

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② 粘弹性

粘弹性主要分为应力松弛和蠕变两种类型。应力松弛是指在应变作用下应力随时间逐渐减少的现象。而蠕变是指应力作用下应变随时间逐渐增加的现象。适用于金属和聚合物材料。

a．非线性弹性

非线性弹性可以分为超弹性和次弹性，橡皮属于超弹性，而混凝土、岩土等材料则属次弹性，总的特征是变形为可逆的。

b．粘塑性

粘塑性变形方式和时间相关的特性，粘塑性适用于高应变率的聚合物材料和金属。

（2）几何非线性

严格地说，任何物体受力后发生的形变都是非线性的。因为载荷施加都有一个过程，那么我们总可以将它划分成若干个载荷增量步。即从初始状态（t=0）开始，在△t的时间步内给物体施加第一个载荷增量，使物体发生一定的形变。接着第二个载荷增量应该施加在第一个载荷增量施加结束后的物体构形上，所以，每一步的平衡方程应该简历在变形之后的物体构形上，也就是所求和当前的变形有关，从而导致控制方程的非线性。

非线性屈曲理论是几何非线性理论的衍生学科，按照非线性屈曲理论分析，结构的强度问题与稳定性问题是息息相关的。非线性平衡路径可以准确地把结构的强度和稳定性，以至于刚度的整个变化历程表示得十分清楚。

（3）接触非线性

对象的非线性问题解决之前接触边界条件是未知的，他们是求解的结果，所以最终的控制方程也是非线性的。接触问题在工程结构中大量存在，如轴承、齿轮及运动物体间的撞击等。19世纪末的赫兹首先在力学上提出并展开研究。在此后的半个世纪里似乎没有任何进展，直到有限元法和计算机的出现，使得接触问题的研究进展飞快。如今已经能够将研究成果应用于实际工程结构。

（二）如何求解非线性问题

在非线性有限元中往往是求解的理论和各自特殊的求解过程以及方程的解法融合在一起的，迄今为止，求解非线性问题的一般方法都是采用分段线性化的思想，其中主要有：

（1）迭代法

① 接迭代法（割线刚度法）

② 接迭代法（割线刚度法）

（2）增量法-纯增量法

（3）混合法-增量/迭代型方法

（三）非线性求解的组织级别

非线性的求解被分成载荷步、平衡和子步这三个操作级别。

（1）顶层级别由在一定时间范围内明确定义的载荷步组成，假定载荷在载荷步内是线性地变化的；

（2）在每一个载荷子步内为了逐步加载，通过控制程序来执行多次求解（子步或时间步）；

（3）在每一个子步内程序将进行多次的平衡迭代以获得收敛的解[1]。

（四）非线性瞬态过程分析

分析非线性瞬态过程与对线性静态行为的处理类似，以步进增量加载，程序在每步中进行平衡迭代。静态和瞬态处理的主要不同是在瞬态过程中要激活时间积分效应，因此在瞬态过程分析中时间总是表示实际的时序。自动时间分布和二分特点也适用于瞬态过程分析。

1.2 国内外现状分析

1.3 发展前景

观察分析国际上CAE软件的发展情况，可以看出有限元分析方法的一些发展趋势：

（1）与CAD软件的无缝集成

当今有限元分析软件的发展的一个总趋势是与通用CAD软件的集成使用，即在用CAD软件完成部件和零件的造型设计后，能够直接将模型传送到CAE软件中进行有限元网格划分并进行分析计算，而不再需要在ansys中重新建模[3]。当分析的结果不满足设计要求可以重新进行设计和分析，直到得到我们所需要的结果为止，从而极大地提高了从业人员设计水平和效率。为了快捷地解决复杂工程问题，为设计人员提供便利，抢占市场份额，许多商业化有限元分析软件都开发了和著名的CAD软件（例如Pro/E、Unigraphics、Solid Edge、Solid Works、IDEAS、Bentley和AutoCAD等）的接口。有些CAE软件为了实现和CAD软件的无缝集成而采用了CAD的建模技术，如ADINA软件由于采用了基于Para solid内核的实体建模技术，能和以Para solid为核心的CAD软件（如Unigraphics、Solid Edge、Solid Works）实现真正无缝的双向数据交换。大大方便了设计人员[4]。