非線性模態分析的案例
接觸非線性彈簧系統的模態分析問題
模態分析是振動分析的基礎，因此此處先只討論該系統模態分析的可能性。
傳統的模態分析技術是基于線性模型的線性模態分析，無法有效地處理非線性系統的模態問題。
為此，人們采取了很多近似的分析方法。最初，在整機結構分析中不考慮零件間的接觸特性，忽略聯接特性帶來的影響，將若干個零件視為一體，看作一個不包含聯接的單一實體零件。這個時候，問題變為線性，可以采用傳統的模態分析技術獲得機器整機的振動模態。這樣的簡化和假定顯然誤差比較大。
隨后，為了考慮零件間的聯接、接觸特性，將零件間的聯接簡化成線性彈簧，彈簧的剛度由聯接剛度決定。這樣種方法顯然要比最初的方法要好，同時問題也仍然是線性的，可以采用傳統的模態分析技術獲得機器的整機模態。
不足之處是，零件之間的聯接特性不是線性的，本質上是一種接觸特性，作為線性問題處理并不完全合理。比較理想的情況是把零件之間的聯接特性用非線性的彈簧來反映，但是這個時候沒辦法采用線性的模態分析技術獲得機器整機的模態。
目前，針對上述的接觸問題進行模態分析的典型方法是預應力模態分析方法。該方法分兩步，第一步是在考慮接觸特性的情況下做一次靜態非線性分析，獲得在靜態載荷作用下的非線性結構的應力，然后把得到的應力以附加剛度的形式疊加到機器剛度上，最后在不考慮接觸的條件下對這種具有附加剛度的機器結構做線性模態分析，獲得機器的整機模態。
目前，ADINA，ALGOR的非線性模態分析技術以及ANSYS的預應力模態分析技術都是采用這種方法。
針對本文中的模型，由于振動過程中接觸應力肯定是變化的，因此，即使采用預應力模態分析法也不準確。
要解決存在接觸非線性的模態分析問題，要么只能是重新開發求解器來計算，要么只能想其他的處理辦法。
展開 接觸非線性彈簧系統的模態分析問題
模態分析是振動分析的基礎，因此此處先只討論該系統模態分析的可能性。
傳統的模態分析技術是基于線性模型的線性模態分析，無法有效地處理非線性系統的模態問題。
為此，人們采取了很多近似的分析方法。最初，在整機結構分析中不考慮零件間的接觸特性，忽略聯接特性帶來的影響，將若干個零件視為一體，看作一個不包含聯接的單一實體零件。這個時候，問題變為線性，可以采用傳統的模態分析技術獲得機器整機的振動模態。這樣的簡化和假定顯然誤差比較大。
隨后，為了考慮零件間的聯接、接觸特性，將零件間的聯接簡化成線性彈簧，彈簧的剛度由聯接剛度決定。這樣種方法顯然要比最初的方法要好，同時問題也仍然是線性的，可以采用傳統的模態分析技術獲得機器的整機模態。
不足之處是，零件之間的聯接特性不是線性的，本質上是一種接觸特性，作為線性問題處理并不完全合理。比較理想的情況是把零件之間的聯接特性用非線性的彈簧來反映，但是這個時候沒辦法采用線性的模態分析技術獲得機器整機的模態。
目前，針對上述的接觸問題進行模態分析的典型方法是預應力模態分析方法。該方法分兩步，第一步是在考慮接觸特性的情況下做一次靜態非線性分析，獲得在靜態載荷作用下的非線性結構的應力，然后把得到的應力以附加剛度的形式疊加到機器剛度上，最后在不考慮接觸的條件下對這種具有附加剛度的機器結構做線性模態分析，獲得機器的整機模態。
目前，ADINA，ALGOR的非線性模態分析技術以及ANSYS的預應力模態分析技術都是采用這種方法。
針對本文中的模型，由于振動過程中接觸應力肯定是變化的，因此，即使采用預應力模態分析法也不準確。
要解決存在接觸非線性的模態分析問題，要么只能是重新開發求解器來計算，要么只能想其他的處理辦法。
展開 基于復模態的制動盤嘯叫分析(ANSYS APDL) ￥9.9
5 分析及求解控制
5.1 線性非預應力模態分析
如不考慮應力剛化效應，線性非預應力模態分析是可行的。由于不需要Newton-Raphson迭代，因此這種方法求解時間很短。接觸剛度取決于初始的接觸狀態。此方法分析的通用流程：
1 進行一次無預應力效應的線性部分單元分析
2 生成非對稱剛度矩陣（NROPT,USYM）
3 生成滑移摩擦力（CMROTATE）
4 用QRDAMP或者UNSYM特征值求解器進行復模態分析
模態分析中得到的頻率包含實部和虛部兩部分，原因是存在非對稱剛度矩陣。
5.2 部分非線性攝動模態分析
部分非線性攝動模態分析被用來解決當應力剛化效應將對最終模態結果產生影響的情況，建立初始接觸條件，并且在第一次靜態分析后形成預應力矩陣。此方法的分析通用流程：
1、 進行一次非線性、大變形的靜力分析（NLGEOM,ON），采用非對稱牛頓-拉普斯方法（NROPT,UNSYM）,為線性攝動分析設置重啟動點（RESCONTROL）
2、 從想要的載荷步和載荷子部上重啟動先前的靜態分析，進行第一次攝動分析同時保存.ldhi,.rnnn,.rst文件（ANTYPE,STATIC,RESTART,,,PERTURB）.
3、 初始化模態線性攝動分析（PERTURB,MODAL），在線性攝動分析的第一個階段最后，重新生成剛度矩陣。
4、 生成摩擦滑動接觸（CMROTATE），根據重啟動點的接觸狀態建立接觸剛度矩陣。
展開 Samcef field隱式非線性模態分析鏈接式梁結構
Chaining __Modal analysis after an implicit non-linear computation
此案例為samcef field初級學習案例，主要讓用戶熟悉samcef的建模及模態分析，計算非線性可形變模型的特征頻率。模型為兩個接觸銜接的梁結構。練習步驟主要包括： 梁結構幾何模型建模，分析數據設置，網格劃分，求解，后處理查看。
Modeler
Analysis data
Behavior
Material
Constraints
Loads
Assemblies
Initial conditions
Mesh
Solver
Solver setting tab
Results of the non-linear analysis
Modal analysis on the deformed configuration
Results for modal analysis
Chaining_tutorial.pdf
Corrected_files.zip
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線性/非線性分析及注意事項 附Abaqus 非線性有限元分析實例下載
如果在分析過程中，外載荷與模型的響應之間為線性關系，去掉載荷后，模型能夠恢復至初始狀態，這就是一個線性分析，其特點是：
1）幾何方程的應變和位移的關系是線性的；
2）物理方程的應力和應變 的關系是線性的；
3）根據變形前的狀態建立的平衡方程是線性的；
4）可以滿足疊加原理。
上述 4 條中如果有 1 條不滿足要求，就必須進行非線性分析。
如果外載荷與模型的響應之間具有非線性的關系，就屬于非線性問題，它可以分為三類：幾何非線性、邊界條件非線性和材料非線性。
1）幾何非線性
如果模型在分析過程中出現大的位移或轉動、突然翻轉（snap through）、初始應力或載荷硬化（load stiffening），位移的大小會影響模型的響應，就是幾何非線性問題。
幾何非線性問題比較復雜，它不僅涉及非線性的幾何關系，而且還涉及到依賴于變形的平衡方程等問題，其計算表達式與線性問題的表達式有很大的不同。
2）邊界條件非線性
如果在分析過程中邊界條件發生變化，就屬于邊界條件非線性問題。接觸問題是最常見的邊界條件非線性問題。
3）材料非線性
如果材料的應力-應變關系曲線是非線性的，或者模型中涉及材料失效或與應變率相關的材料屬性，就屬于材料非線性（又稱為物理非線性）。常見的非線性材料包括：超過屈服點的金屬材料、超彈性材料（如橡膠）、粘彈性材料、亞彈性材料等。
展開 Abaqus接觸非線性在有限元計算分析中的應用 附莊茁ABAQUS非線性有限元分析與實例下載
來源：有限元在線
ABAQUS的非線性主要在有三種：幾何非線性，材料非線性以及接觸非線性。接觸非線性在ABAQUS的有限元計算分析中應用非常廣泛，特別是動態顯式的求解，只要模型中包含兩個以上相互接觸的部件，就要用到接觸非線性。
ABAQUS接觸非線性的設置主要在Interation模塊中完成，設置接觸的屬性時，可以設置摩擦系數，阻尼系數，損壞，失效準則等非線性參數，如圖1所示。
如圖2所示，在接觸定義界面，可以選擇通用接觸、面-面接觸、自接觸等各種非線性接觸方式。
在接觸編輯界面，可以選擇機械約束方式為運動學接觸算法，或是懲罰接觸方式，還可選擇滑移方式為有限滑移或小滑移，如圖3所示。
這是對模型定義非線性接觸后得到的分析結果，以供參考。
下載地址：莊茁ABAQUS非線性有限元分析與實例
展開 非線性靜力學、平面模態、大變形
非線性靜力學、平面模態、大變形
來源：超凡仿真
SOL101線性靜力求解，SOL103模態求解，SOL105屈曲求解，sol106非線性靜力求解設置在hypermesh軟件界面中操作實現 ￥18.8
常見的求解類型包括SOL101線性靜力求解，SOL103模態求解，SOL105屈曲求解，sol106非線性靜力求解，sol145顫振分析求解，sol129非線性動力求解，sol107轉子復特征值分析（轉子臨界轉速）求解。
其中SOL145、SOL129、SOL107求解設置無法全部通過hypermesh軟件進行設置，建議在MSC PATRAN中設置后存為對應的求解bdf模板，供后續參考，其他建議通過hypermesh軟件設置后存為求解模板。
本文主要介紹SOL101線性靜力求解，SOL103模態求解，SOL105屈曲求解，sol106非線性靜力求解設置在hypermesh軟件界面中如何操作實現。
展開 ABAQUS非線性分析的平衡迭代過程和收斂原則 附ABAQUS非線性有限元分析與實例下載
下載地址：ABAQUS非線性有限元分析與實例
183基于matlab的非線性調頻模態分解(VNCMD) ￥15.9
基于matlab的非線性調頻模態分解(VNCMD)，一種基于變分方法的信號分解技術，它將信號分解為多個模式。能夠處理非線性調頻信號，且對噪聲具有較好的魯棒性。VNCMD的基本原理是通過最小化信號與模式之間的差異來實現信號的分解。程序已調通，可直接運行。
自動動態增量非線性分析-1981年的開源非線性有限元軟件是什么樣子
運行ADINA.D1中的第一個例子，這是一個塔索結構的模態分析：
輸入文件內容：
很快，我們得到了該分析的后綴名為.OUT的結果文件：
以上，就是對adina81和adina84版本代碼編譯運行的過程，盡管這兩個程序產生于四十年前，完全沒有任何前處理界面，只能通過手動填寫輸入文件，但是其依然能夠高效完成彈塑性，超彈性，幾何非線性等基本的結構有限元分析。
【完】
注：關注公眾號 有限元術 回復adina，獲得adina81和adina84的源代碼，exe運行文件及《ADIINA_ADINAT使用手冊-自動動態增量非線性分析有限元程序》。
展開 
ANSYS實例 | 剛平板壓縮橡膠的非線性分析——接觸、材料和幾何非線性
(2)設置分析類型：Main Menu> Preprocessor>Loads> Analysis Type> New Analysis→ Static→ OK。
(3)求解控制：Main Menu> Solution>Analysis Type> Sol’n Controls。
① Basic：Analysis Options→ 選擇大變形Large Displacement Static； Number of substeps輸入子步數6；在輸出頻率Frequency中選擇Write every Nth substep，where N=輸入1，見圖9(1)
(1) Basic選項
(2) Nonlinear選項
圖9 求解控制
②Nonlinear：設置非線性收斂準則Set convergence Criteria，見圖9(2)→ Replace，見圖10(1)→ MINREF中輸入-1，見圖10(2)→ OK→ Close→ OK。
圖10 非線性收斂準則
10．施加強制位移
Main Menu> Solution> Define Loads> Apply> Structural>Displacement> On Nodes→ 單選Min, Max, Inc，輸入變量名NCEN→ OK→ Lab2中選擇UY，VALUE中輸入-100
11．求解
(1) 保存求解前文件：Utility Menu> Files> Saveas→ 輸入Rubber_Load.db→ OK。
(2) 求解：Main Menu> Solution>Solve> Current LS→ File> Close→ Solve Current Load Step→ OK → Solution is done→ Close。
展開 探索結構工程中的線性靜態分析與非線性分析
在結構工程領域，線性靜態分析和非線性分析是兩種常用的分析方法，用于研究和評估結構在受力情況下的行為和性能。本文將詳細介紹這兩種分析方法的基本概念、適用范圍、計算方法以及在實際工程中的應用。
1. 線性靜態分析
1.1 基本概念
線性靜態分析是基于線性彈性理論的一種分析方法。它假設結構的材料行為是線性的，即應力與應變之間存在線性關系；同時假設加載是靜態的，即載荷是恒定的且不隨時間變化。
1.2 適用范圍
線性靜態分析適用于小變形、小位移的結構，例如剛度相對較高、加載相對較小的情況。它通常用于進行結構的初步設計和評估。
1.3 計算方法
線性靜態分析采用有限元、有限差分、有限體積等數值方法進行計算。通過求解線性方程組，可以得到結構在靜態加載下的位移、應力等信息。
2. 非線性分析
2.1 基本概念
非線性分析考慮了結構在加載過程中可能出現的非線性行為，例如材料的非線性、幾何的非線性、邊界條件的非線性等。這些非線性因素可以包括材料的塑性變形、接觸問題、大變形、非線性材料性質等。
2.2 適用范圍
非線性分析適用于大變形、大位移、非線性材料行為等情況。它通常用于處理地震分析、塑性分析、非線性接觸問題等復雜情況。
2.3 計算方法
非線性分析需要采用更復雜的數值方法，例如增量法、有限元法中的非線性材料模型、非線性接觸模型等。這些方法考慮了結構在加載過程中的非線性響應，可以更準確地描述結構的行為。
3. 實際應用
線性靜態分析常用于進行結構的初步設計和評估，例如建筑物的靜力分析、橋梁的強度評估等；而非線性分析則常用于處理復雜情況，例如地震工程中的地震響應分析、大變形問題的研究等。
展開 abaqus薄板線性振動與非線性振動對比分析 ￥29.9
由圖 5所示，生成的諧波均布荷載時長2s，當分析步時間長度取10時，可求得，t=[0,20]second的受力行為。
圖 5 諧波均布荷載
2 動力分析
2.1 脈沖荷載
2.1.1線性分析
分析步類型：動力，顯式
t=0.5s時，脈沖荷載達到峰值F=1000N，提取該時刻的Von Mises應力云圖和垂直方向位移云圖研究斜板的受力行為，板跨中截面各節點的垂直方向加速度響應。
圖 6 豎向位移云圖（線性分析）
圖 7 Von Mises應力云圖（線性分析）
2.1.2線性和非線性分析結果對比
選擇跨中中結點和邊結點處置方向加速度響應線性分析和非線性分析對比。
圖 11 垂直向加速度對比（跨中中結點1）
圖 12 垂直向加速度對比（跨中邊節點8）
圖 13 Von Mises應力對比（跨中中節點1）
展開 基于Hyperworks白車身自由模態分析及模態陣型線性疊加 ￥25
模態分析是計算或試驗分析固有頻率、阻尼比和模態振型這些模態參數的過程。模態陣型是體現結構在某一特定頻率下的振動形狀，而這種特定陣型所對應的就是模態頻率。白車自由模態分析，即模型不加任何形式的約束下的模態分析。白車身模態分析的分析對象就是白車身，又簡稱為BIW, 指焊接車身的本體部分，包括通過螺栓連接的碰撞吸能結構，不包括通過螺栓連接或粘接在車身本體上的玻璃、車門、發動機罩板、天窗、行李箱蓋以及翼子板、儀表板支撐橫梁等。分析的頻率范圍通常設定為1-100Hz；下限設為1Hz，其目的是避免計算前6階的剛體模態。本案例考慮到節約計算時間,僅提取了頻率小于50HZ的所有模態。
前處理：Optistruct 后處理：Hyperview
白車身一階扭轉及一階彎曲模態識別（見收費內容）：
整體一階扭轉陣型圖
整體一階彎曲陣型圖
模態陣型線性疊加
針對后處理（模態分析-后處理）中根據模態分析輸出的結果，陣型或者應變能云圖采用線性疊加的方法，得到所有任意階數下線性疊加后的陣型圖或應變能云圖。
16階模態陣型線性疊加圖
凡購買本案例的朋友在操作上有什么疑問，都可以私信我，針對本案例中的操作問題我將免費為你解答。還是那句話，我們不玩虛的，玩虛的沒意思！
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