Altair（HyperWorks）非线性有限元分析步骤与静力分析流程

非线性有限元分析的基本步骤

1. 在应用一些没有用过的非线性功能之前，先通过一个简单的模型了解软件是如何工作的。预测结构的表现，可以查看研究报告和示例。

2. 理解软件支持文档，以及输出和警告信息。

3. 明白你需要什么结果。准备一个需要问答的问题清单。为了回答这些问题，来创建分析，包括模型，材料模型和边界条件。

4. 最终模型要尽可能简单。首先做一个线性分析，可以提供大量的信息，比如哪里的应力高，哪些地方可能发生的初始接触，多大的荷载将导致模型进入塑性。线性分析的结果甚至可能指出没有必要进行非线性分析。例如：未达到屈服极限，没有接触并且位移很小。

5. 验证和确认的非线性有限元分析（FEA）的结果。确认是指从数值上看“模型是正确计算的”。不考虑网格尺寸和时间步长的离散化是常见的错误。验证是指“模型是否正确”，比如几何、材料、边界条件、接触等是否和真实情况一致。

6. 查看结构的相关假设，打开或关闭大应变后的几何变形，如果简单的材料模型不能给出预期的结果可以尝试不同的材料模型（某些情况下材料模型只适用于常用单元，你可能需要改变单元类型）。

非线性静力分析的一般流程

一个典型的非线性静力分析项目需要以下步骤：

网格划分：有限元模型的创建是有限元分析一个非常重要的步骤，不论进行什么样的分析。在第4-7章已经讨论过对于某些应用的如何选择适当的单元类型。FEA小组会得到零件的几何数据，需要对这些几何进行网格划分以得到零件网格。当装配中所有的零件划分网格后，使用适当的连接单元把它们都连接在一起如CWELD或CBUSH。

一般来说，四边形单元和六面体单元优于三角形单元、楔形单元和四面体单元。应该注意模型中的关键特征，比如圆角、孔和倒角。如果在两个平行表面之间有紧固件或焊接，应该尽量在两个面上创建相似的网格。这将有助于焊接单元或刚性单元垂直于表面而不破坏壳单元。然而，许多有限元分析（FEA）代码支持不依赖于节点焊接，而是基于绑定接触。

这允许用户在两个焊接零件之间创建不依赖于节点的连接单元。建议首先对复杂零件进行网格划分，然后对简单或平面几何进行网格划分以保证良好的单元质量。需要用适当的方式来模拟夹紧、铰接和焊接以在结构中正确地传递荷载。

为单元定义适当的刚度和预荷载以得到更高的精度。如果荷载从结构上的某个面传递到另一个面上，应该在两个面间定义接触。每个FEA代码都有自己的接触参数输入格式。一个典型的接触定义需要主从节点或单元，摩擦系数，接触面间的间隙和接触算法。

施加载荷和边界条件：质量再好的有限元网格，如果没有适当的约束或施加的载荷不正确，就不会有精确的结果。网格尺寸和节点位置决定了如何/在什么地方作用约束和荷载。在有限元模型的局部重划网格可以保证荷载和边界条件以最好的方式施加，它不会损坏模型。

如果有限元分析正在作对应的物理实验，那么最好去实验现场对固定装置和加载装置进行测量。这将有助于在有限元模型中荷载和边界条件的施加与实验中试样的加载方式一致。例如，观测加载装置可以帮助在特定的点或单元上施加荷载。类似地，固定装置的尺寸决定了约束节点的位置和自由度。

指定材料属性：有限元模型中材料非线性在这个重要的步骤中定义。结构的响应依赖于赋予模型的属性。软件手册有材料数据卡的输入格式，不同的软件可能有不同的格式。通常在实验室中可测量载荷与位移数据。然后，处理为工程应力和应变。如果软件希望使用真实应力-应变，那么应该将数据转换成真实应力-应变然后再输入。应包括足够的应力-应变数据点以捕捉材料的非线性。分析师应要求材料供应商提供经过认证的，对应零件所用材料的属性参数。

指定非线性分析控制参数：非线性静力分析的基本控制参数包括初始增量步，最大和最小增量步，最大迭代次数，结果文件的输出时间间隔和迭代收敛标准（可接受的残余载荷，力，位移）。

运行分析：有限元模型现在已经准备好。可通过命令选项指定求解器版本，内存和 CPU 数量，以更好地控制计算。

观察和解释结果：强烈建议在基于模拟结果做出任何结论之前，仔细审查分析结果，并检查准确性。有限元分析的结果检查的方法有很多，比如：

l观察动画中超出预期的运动

l比较作用力和反作用力

l按照不同材料属性检查应力和应变

l检查接触面的任何问题

l对简化问题进行快速的手工计算，并与有限元分析结果进行比较

当报告FE结果时，分析师应始终说明建立有限元模型的所有假设。工程上，总是有项目发布计划的压力要求更快的完成FEA。尽管如此，在向客户发布有限元分析结果之前，分析师必须彻底检查模型和结果。有限元分析的结果应始终符合工程判定和类似模型的验证。不合实际的过高或过低的结果应启动进一步检查。强烈建议保持模型一致性，以提高结果的准确性，特别是对分析模型中的某些参数变化效果进行评估时。