ABAQUS深度对话：非线性分析的必要性与价值

当今社会，所有事都是关于创新，收益，份额，竞争。如果你为一家公司工作，为其开发产品，那么问题来了：你如何开发出一款性能/质量/耐用性都优于其它同行厂家的产品呢？

仅仅使用已有的经典标准，规范也许可以让你的产品有一定的竞争力和利润，此外，大部分规范给出了产品的安全和寿命完整要求和定义。但同时失去了产品是灵活性，并不能实现轻量化与安全的完美结合。

除了这些，大多数的规范如ASME，DNV-LG和许多其它规范都是以线性计算来作为判定依据，是相对保守的。幸运的是，现如今计算机与商用软件已足够发达，允许我们进行非线性计算。大多数工程师确信当线性有限元分析的结果有较大的应力，产品便不能使用。

但须知线性有限元分析是基于以下假设的：

• 材料是线性的；
• 力载荷是缓慢施加并且方向不随时间改变的；
• 接触状态是不变的；
• 产生的变形是很小的

假设材料是线性的，那么你能研究的只是一小部分材料，如钢材。而当你分析的应力大于材料屈服点应力时，求解器依然继续把它当成线性来算，（如图中蓝色虚线），因此产生不精确的高应力。

对于其它种类的材料，如塑料，橡胶等这些从一开始都不是线性行为，也没有明确的屈服点，因此只使用弹性模量和泊松比进行线性分析所得到的结果都是不准确的。

假设力是缓慢施加且方向不会改变的

线性分析是假设力是缓慢施加且方向不会改变的，尤其是力的方向不变，这在结构实际受力时是不可能的。因为当力加到结构上，结构就会发生变形，你希望加载的垂直于面（如图中间的情况），而在线性分析中却不是这样的，而是如图中最后一种情况，力加载到端点上，结构变形，力的方向是不变的，依然保持初始的方向。这同样会得到不准确的结果，除非只有重力载荷。

假设接触状态是不随时间变化的

线性分析是假设接触状态不随时间改变的。实际当你创建3D模型有时是考虑了容差的。大多数线性分析确实也能计算出一个结果，但这结果同样是不准确的。你可以为了做分析而去掉容差范围，当然也可以做非线性分析如下图所示。

最后一个假设是线性分析假设结构只发生很小的变形

实际当结构发生大变形时，刚度是会发生变化的。试想一下把一个回形针弯曲到显著变形，再恢复到原始形状。因为塑性变形和随动强化，结构的刚度变大了。或者另一个例子，弯曲金属板，当发生塑性变形后，再继续让它弯曲会变得更困难，这也是因为刚度变大了。因此当你进行线性分析，假设不存在随动强化，也没有塑性变形，那么你得到的结果是有较大偏差的，且结构柔性比实际更大。为了准确的计算，应该进行非线性分析，考虑材料的残余应力和随动强化。

怎样去除这个误差呢？

如果你进入非线性领域，你会发现许多目前的设计和产品是基于不准确的假设做的，这会给产品的设计带来更大的提升空间，使你的产品比其它同行厂家的产品更具竞争力。

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