[讨论] 模拟分析中几何非线性问题讨论

楼主: rcab1204 (qazwsx123)   2022-07-16 15:34:35
结构分析有三大非线性,材料/几何/接触非线性,其中材料与接触相对来说比较直观,今
天想跟大家讨论的是几何非线性问题。我觉得最能判别分析问题是否应该是几何非线性的
方法是:加载力与加载处位移的关系是否是非线性的行为。举个我自己特别容易感受的例
子是拨吉他弦,当你拇指下压琴弦的时候,你可以深刻的感受到当你越往下拨动弦时,你
会需要越来越大的力才有机会继续往下拨动弦,这时的拇指力与拇指向下的位移关系就是
“非线性”,而为什么会有这样的现象呢?事实上是吉他弦的轴向会在弦被下压的过程当
中产生轴力,这个轴力会使整根琴弦被“绷紧”,使弦的刚性变强,这也就是为什么同样
的模拟设定下,使用几何非线性的分析结果会比线性的分析结果位移量来的小(这里点出
的是,不是“线性分析”就会模拟出小的变形量,大小变形区别不是计算结果的大小,而
是几何方程的选择,应该要了解分析问题,给予最适合的分析方法),而要描述这种耦合
行为就不能使用一般弹性力学中的几何方程来描述,须要利用含有二阶项的格林-拉格朗
日几何方程,这个方程式的好处除了可以描绘出轴力耦合的效果外,也能使刚体运动时不
产生多余的应变,这里为什么要特别指出刚体运动的原因是,在大变形问题(几何非线性
)中,结构有时候是会产生旋转的行为,如果不使用格林-拉格朗日方程,就会因为结构
只是旋转而已,就产生多余的应变,这是不合理的!最后感谢各位前辈能看到这边,这里
没有太多的数学(硬!),因此会希望大家能够给予我更多的意见,让我能够在分析这条
路上走的更有信心,先感谢各位了!
作者: j6zoz04 (饭也)   2022-07-18 14:54:00
个人觉得判断是否几何非线性不能仅以力与位移是否为线性关系判断,您可以看看一些材料力学或有线元素法的一些例子都可以发现 : K*位移d = 负载F。其中这个 K 不仅与几何有关,也和材料性质有关,除非能保证在整个负载中材料(像您举例的吉他弦)其材料性质保持常数,否则 K 会随着材料性质的变化而改变,d和F也不会是线性关系。
楼主: rcab1204 (qazwsx123)   2022-07-18 18:34:00
感谢J大提醒,这里如果表明材料在加载过程当中完全保持线性关系(应力应变关系维持线性),也没有接触情况(即排除了文中一开始的材料非线性与接触非线性),是不是就可以归类是几何非线性造成力与位移关系的非线性了呢?!
作者: jienfong (jienfong)   2022-07-19 10:27:00
好像也可以这样说,但几何非线性用吉他线不太好意会,几何非线性通常已经是大变形在描述结构挫曲状况,所以真实非线性很难只考虑几何非线性而已,至少都会搭配材料非线性
作者: j6zoz04 (饭也)   2022-07-19 19:20:00
我认为是这样。另外您说的那个 格林-拉格朗日应变,当位移的变化够小时,它的二次项会更小,此时即可把二次项忽略掉,自然会退化成弹力的几何方程,其实两种公式应该是一样的。只是格林-拉格朗日那公式会更genreal。看不太懂您刚体位移那边的说明

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