第1章 ANSYS非线性问题概述 1
1.1非线性有限元基本理论 1
1.1.1弹塑性本构关系 1
1.1.2大变形几何关系 2
1.1.3接触非线性问题 4
1.2 ANSYS 非线性有限元的功能特点 5
1.3 ANSYS 14.0新功能介绍 9
第2章 非线性有限元求解技术 13
2.1非线性求解算法 13
2.1.1牛顿-拉普森求解 13
2.1.2迭代过程 15
2.1.3收敛准则 16
2.2载荷步与子步 17
2.2.1基本概念 17
2.2.2阶跃载荷与渐变载荷 18
2.3非线性稳定性方案 18
2.4计算流程及如何获得收敛解 22
2.4.1非线性分析的建议 22
2.4.2非线性分析的相关选项 23
第3章 非线性分析单元技术 27
3.1连续实体单元 27
3.1.1连续体单元概述 27
3.1.2 ANSYS 14.0中常用实体单元介绍 28
3.2壳单元 29
3.2.1壳单元概述 29
3.2.2 ANSYS 14.0中SHELL181/SHELL281单元介绍 30
3.3梁单元 30
3.3.1梁单元概述 30
3.3.2 BEAM188/BEAM189单元的定义 31
3.3.3 BEAM188/BEAM189单元的网格划分及载荷施加 32
3.3.4 BEAM188/BEAM189单元的后处理 33
3.4剪切和体积锁定问题 33
3.4.1剪切锁定 34
3.4.2体积锁定 34
3.5单元公式及锁定问题处理 36
3.5.1选择缩减积分（B-bar方法） 36
3.5.2一致缩减积分 36
3.5.3增强应变积分 37
3.5.4简单增强应变积分 38
3.5.5混合U-P公式 38
3.6非线性分析单元选择建议 38
3.6.1一般原则 38
3.6.2线性分析和小应变非线性分析 38
3.6.3有限应变非线性分析 39
3.7实例：超弹性悬臂梁不同单元公式非线性分析 39
3.7.1问题描述 39
3.7.2数值模拟过程（GUI方法） 39
第4章 几何非线性与屈曲分析 47
4.1几何非线性分析 47
4.1.1大应变效应 47
4.1.2应力和应变度量 48
4.1.3大位移/大转动（小应变） 49
4.1.4应力刚化 49
4.1.5旋转软化 50
4.2几何非线性分析实现及提示 50
4.2.1建模策略 50
4.2.2网格质量检查 51
4.2.3求解选项 51
4.2.4加载和边界条件 51
4.25后处理 51
4.3屈曲分析 52
4.3.1屈曲分析概述 52
4.3.2特征值屈曲 52
4.3.3特征值屈曲分析的步骤 53
4.4非线性屈曲分析 57
4.4.1非线性屈曲分析 57
4.4.2非线性后屈曲分析 59
4.5实例：超弹性材料拉伸试件的大变形分析 60
4.5.1问题描述 60
4.5.2数值模拟过程（GUI操作过程） 60
4.6实例：拱结构的线性屈曲分析 67
4.6.1问题描述 67
4.6.2数值模拟过程（GUI操作过程） 67
4.7实例分析：受集中载荷薄壳的失稳分析 72
4.7.1问题描述 72
4.7.2数值模拟过程（GUI方法） 72
第5章 材料非线性分析 77
5.1材料非线性分析概述 77
5.2塑性理论介绍 77
5.2.1屈服准则 78
5.2.2流动准则 81
5.2.3强化准则 81
5.2.4常用塑性材料本构关系 82
5.2.5循环强化和循环软化 86
5.2.6棘轮和调整效应 87
5.2.7 ANSYS对塑性过程的考虑 88
5.3蠕变分析 90
5.3.1蠕变现象 90
5.3.2一般蠕变方程 91
5.3.3隐式蠕变过程 93
5.3.4显式蠕变过程 95
5.3.5 ANSYS蠕变分析的求解过程 100
5.3.6隐式蠕变与显式蠕变的比较 102
5.4 DP材料模型 102
5.4.1 DP材料简介 102
5.4.2 DP材料定义及求解 103
5.5混凝土材料模型 104
5.5.1混凝土材料简介 104
5.5.2混凝土材料定义及求解 105
5.6超弹性材料 105
5.6.1超弹性材料背景 105
5.6.2超弹性材料本构模型 107
5.6.3求解过程 111
5.7实例：超弹性O形密封圈变形及应力分析 112
5.7.1问题的描述 112
5.7.2数值模拟过程（GUI操作） 113
5.7.3命令流 118
5.8实例：带槽口平板的棘轮行为分析 120
5.8.1问题的描述 120
5.8.2数值模拟过程（GUI操作） 121
5.9实例：铝合金毛坯自然时效分析 130
5.9.1问题的描述 130
5.9.2数值模拟过程（GUI操作） 130
5.9.3命令流 134
第6章 接触非线性分析 137
6.1接触非线性分析概念 137
6.2接触类型及接触单元 139
6.2.1接触分类 139
6.2.2接触单元 139
6.2.3接触对的建立 142
6.2.4接触向导 143
6.3接触分析基本参数设置 145
6.3.1接触刚度 145
6.3.2接触算法 146
6.3.3穿透容差 148
6.3.4接触行为 148
6.3.5球形域 149
6.3.6接触探测 151
6.4摩擦 153
6.4.1摩擦机制 153
6.4.2库仑摩擦 153
6.4.3摩擦参数定义 154
6.5接触分析高级选项 155
6.5.1控制节点 155
6.5.2初始接触状态调整 156
6.5.3对称接触/非对称接触 159
6.5.4接触诊断工具 160
6.6面-面接触 161
6.6.1应用面-面接触单元 161
6.6.2接触分析的步骤 161
6.6.3建立几何模型并划分网格 161
6.6.4识别接触对 162
6.6.5指定接触面和目标面 162
6.6.6定义目标面 163
6.6.7定义柔体的接触面 167
6.6.8设置实常数和单元关键选项 169
6.6.9控制刚性目标面的运动（刚体-柔体接触） 180
6.6.10热接触模拟 181
6.6.11给柔体单元加必要的边界条件 183
6.6.12定义求解和载荷步选项 183
6.6.13求解 185
6.6.14检查结果 185
6.7点-面接触 188
6.7.1使用点-面接触单元 188
6.7.2点-面接触分析的步骤 188
6.8点-点接触 199
6.8.1建立几何实体及分网 200
6.8.2生成接触单元 200
6.8.3定义接触的法线方向 201
6.8.4定义初始过盈或间隙 202
6.8.5选择接触算法 202
6.8.6施加必要的边界条件 203
6.8.7定义求解选项 203
6.8.8求解 204
6.8.9检查结果 205
6.9装配体接触分析 205
6.10接触分析建议 206
6.10.1接触对的定义 206
6.10.2接触参数设置 206
6.10.3收敛困难原因 206
6.11实例：厚壁圆筒套装的过盈分析 207
6.11.1问题的描述 207
6.11.2数值模拟过程（GUI操作） 207
6.11.3求解过程（命令流） 212
6.12实例：两等长圆柱体赫兹接触分析 214
6.12.1问题的描述 214
6.12.2数值模拟过程（GUI操作） 214
6.12.3求解过程（命令流） 225
6.13实例：管夹装配体的接触分析 227
6.13.1问题的描述 227
6.13.2数值模拟过程（GUI操作） 227
第7章 高级接触功能 234
7.1 MPC方法简介 234
7.2 MPC方法应用 235
7.2.1连接非协调网格 235
7.2.2连接不同单元类型 235
7.2.3施加远处载荷 236
7.3实体-板壳单元MPC连接技术 237
7.3.1实体/实体接触 237
7.3.2壳体/壳体接触基本过程 237
7.3.3实体/壳体接触基本过程 238
7.4实体-梁与板壳-梁MPC连接技术 238
7.4.1实体-梁连接 238
7.4.2壳体-梁连接 239
7.5施加表面约束载荷 240
7.6实例：梁对实体的多点约束接触分析 241
7.6.1问题描述 241
7.6.2数值模拟过程（GUI方法） 241
7.7实例：筒体与斜接管接头应力分析 247
7.7.1问题描述 247
7.7.2数值模拟过程（GUI方法） 247
第8章 单元生死技术 259
8.1单元生死背景 259
8.2单元生死实现过程 260
8.2.1单元生死的工作原理 260
8.2.2单元生死的实现过程 260
8.2.3使用ANSYS结果控制单元生死 262
8.2.4进一步说明 263
8.2.5单元生死应用实例1 264
8.2.6单元生死应用实例2—地铁开挖过程模拟 269
第9章 复合材料分析 277
9.1复合材料分析技术 277
9.1.1单元理论和技术 277
9.1.2复合材料单元 281
9.1.3定义材料的叠层结构 283
9.2失效准则及分析过程中的相关建议 285
9.2.1定义失效准则 285
9.2.2应遵循的建模和后处理规则 288
9.3新增Debonding模拟材料分离行为 290
9.3.1 Debonding功能概述及分析步骤 290
9.3.2接触单元 291
9.3.3粘结区材料模型 291
9.4实例：粘结材料的界面开裂分析 291
9.4.1问题的描述 291
9.4.2数值模拟过程（GUI操作） 292
9.5实例：复合材料工字梁的承载分析 297
9.5.1问题的描述 297
9.5.2数值模拟过程（GUI操作） 297
9.5.3命令流 301
参考文献 304