盡管非線性分析比線性分析變得更加復(fù)雜，但處理基本相同。只是在非線形分析的適當(dāng)過程中，添加了需要的非線形特性。非線性結(jié)構(gòu)分析的基本分析過程也主要由建模、加載并求解和觀察結(jié)果組成。下面來講解其主要步驟和各個(gè)選項(xiàng)的處理方法。
建模
這一步對線性和非線性分析都是必需的，盡管非線性分析在這一步中可能包括特殊的單元或非線性材料性質(zhì)，如果模型中包含大應(yīng)變效應(yīng)，應(yīng)力─應(yīng)變數(shù)據(jù)必須依據(jù)真實(shí)應(yīng)力和真實(shí)（或?qū)?shù)）應(yīng)變表示。
加載求解
在建立好有限元模型之后，將進(jìn)入ANSYS求解器(GUI：Main Menu | Solution)，并根據(jù)分析的問題指定新的分析類型(ANTYPE)。求解問題的非線性特性在ANSYS中是通過指定不同的分析選項(xiàng)和控制選項(xiàng)來定義的。非線性分析不同于線性分析之處在于，它通常要求執(zhí)行多荷載步增量和平衡迭代。下面就詳細(xì)講解一下進(jìn)行非線性結(jié)構(gòu)分析需要定義的各個(gè)求解選項(xiàng)、分析選項(xiàng)和控制選項(xiàng)是如何設(shè)置的，以及他們的意義是什么。
求解控制
對于一些基本的非線性問題的分析選項(xiàng)，可以通過ANSYS提供的求解控制對話框中的選項(xiàng)設(shè)置來完成。
選擇菜單路徑：Main Menu | Solution | Analysis Type | Sol’n Controls，將彈出求解控制(Solution Controls)對話框，如下圖所示。
從圖中可以看出該對話框主要包括5個(gè)選項(xiàng)卡：基本選項(xiàng)（Basic）、瞬態(tài)選項(xiàng)（Transient）、求解選項(xiàng)（Sol’n Options）、非線性選項(xiàng)（Nonlinear）和高級非線性選項(xiàng)（Advanced NL）。
如果開始一項(xiàng)新的分析，在設(shè)置分析類型和非線性選項(xiàng)時(shí)，選擇“Large Displacement Static”選項(xiàng)（不是所有的非線性分析都支持大變形）。如果想要重新啟動一個(gè)失敗的非線性分析，則選擇“Restart Current Analysis”選項(xiàng)。選中下面的“Calculate prestress effects”單選按鈕用于有預(yù)應(yīng)力的模態(tài)分析時(shí)的預(yù)應(yīng)力計(jì)算，具體內(nèi)容見模態(tài)分析部分。
（2）瞬態(tài)選項(xiàng)（Transient）
在進(jìn)行瞬態(tài)分析（ANTYPE,TRANS）時(shí)，該選項(xiàng)自動激活。
（3）求解選項(xiàng)（Sol’n Options）
多數(shù)情況下，ANSYS會自動激活稀疏矩陣直接求解器（EQSLV,SPARSE），不過對于子結(jié)構(gòu)分析，則默認(rèn)激活波前直接求解器。對于實(shí)體單元（如SOLID92和SOLID45），預(yù)條件共軛梯度迭代求解器（PCG）可能更快，特別是三維模型。
稀疏矩陣求解器與迭代法不同，是直接解法，功能非常強(qiáng)大。雖然PCG求解器可以求解不定方程，但當(dāng)遇到病態(tài)矩陣時(shí)，該求解器會進(jìn)行迭代直到最大迭代數(shù)，如果還沒有收斂就會終止求解。而當(dāng)稀疏矩陣求解器遇到這種情況時(shí)，會自動將步長減半，如果此時(shí)矩陣的條件數(shù)很好，則繼續(xù)求解，最終可以求出整個(gè)非線性荷載步的解。
可以根據(jù)以下幾條準(zhǔn)則來選擇稀疏矩陣求解器和PCG求解器進(jìn)行非線性結(jié)構(gòu)分析：
（I）對于包含梁或者殼的模型（有無實(shí)體單元均可），選用稀疏矩陣求解器。
（II）對于三維實(shí)體模型并且自由度數(shù)較多（如200000或更多），選擇PCG求解器。
（III）如果矩陣方程的條件數(shù)很差，或者是模型不同區(qū)域的材料性質(zhì)差別很大，或者是沒有足夠的約束條件，選擇稀疏矩陣求解器。
（4）非線性選項(xiàng)（Nonlinear）
非線性選項(xiàng)包括以下幾部分：
（A）線性搜索：Line search。默認(rèn)時(shí)，ANSYS程序會自動打開或關(guān)閉線性搜索。對于多數(shù)接觸問題，線性搜索自動打開“LNSRCH,ON”；對于多數(shù)非接觸問題，線性搜索自動關(guān)閉“LNSRCH,OFF”。
（B）DOF求解預(yù)測器：DOF solution predictor。如果沒有梁或殼單元，默認(rèn)情況下，預(yù)測校正選項(xiàng)是打開的“PRED,ON”。如果當(dāng)前子步的時(shí)間步長縮短很多，預(yù)測校正會自動關(guān)閉。對于瞬態(tài)分析，預(yù)測校正也是關(guān)上的。
（C）每個(gè)子步的最大迭代次數(shù)。選擇菜單Maximun number of iterations，ANSYS程序默認(rèn)設(shè)置方程最大迭代步數(shù)“NEQIT”為15~26，其準(zhǔn)則是縮短時(shí)間步長以減少迭代步數(shù)。
（D）選中“Creep Option”下的復(fù)選框用來包括蠕變計(jì)算。
高級非線性選項(xiàng)（Advanced NL）
其中包括了求解終止選項(xiàng)、弧長法選項(xiàng)。另外，通過單擊選項(xiàng)卡中的打開隱藏的菜單按鈕，可以打開求解非線性問題需要的相應(yīng)的菜單，主要是分析選項(xiàng)和非線性分析相關(guān)的系列菜單，后面將對這些菜單對應(yīng)的各個(gè)選項(xiàng)進(jìn)行詳細(xì)講解。
分析選項(xiàng)
在建立有限元分析模型之后，根據(jù)分析問題的類型選定相應(yīng)的分析類型并指定分析選項(xiàng)。對于非線性結(jié)構(gòu)分析，指定分析類型的方法和其它有限元分析相同，這里主要講解非線性分析的分析選項(xiàng)。
不管是非線性靜力分析還是非線性瞬態(tài)分析，通過菜單路徑：Main Menu | Solution | Analysis Type | Analysis Options都會彈出一個(gè)分析選項(xiàng)對話框，其中如下幾個(gè)選項(xiàng)是非線性問題專用的。
（1）NLGEOM（大變形或大應(yīng)變選項(xiàng)）
對于有大變形或大應(yīng)變的問題，在分析時(shí)打開這個(gè)選項(xiàng)(NLGEON:ON)，程序在進(jìn)行分析時(shí)將會考慮其對結(jié)果的影響，否則，則關(guān)閉這個(gè)選項(xiàng)。并不是所有的非線性分析都將產(chǎn)生大變形。
（2）SSTIF〔應(yīng)力剛化效應(yīng)〕
如果存在應(yīng)力剛化效應(yīng)選擇ON。當(dāng)考慮大變形或大應(yīng)變效應(yīng)時(shí)應(yīng)力剛化效應(yīng)缺省為打開(SSTIF：ON)。
（3）NROPT〔牛頓－拉普森選項(xiàng)〕
僅在非線性分析中使用這個(gè)選項(xiàng)。這個(gè)選項(xiàng)指定在求解期間每隔多久修改一次正切矩陣。你可以指定這些值中的一個(gè)。
ANTO：程序基于你模型中存在的非線性種類選擇用這些選項(xiàng)中的一個(gè)。在需要時(shí)牛頓－拉普森方法將自動激活自適應(yīng)下降。
FNLL：程序使用完全的牛頓－拉普森處理方法，在這種處理方法中每進(jìn)行一次平衡迭代修改剛度矩陣一次。
MODI：程序使用修正的牛頓－拉普森方法，在這種方法中正切剛度矩陣在每一子步中都被修正。在一個(gè)子步的平衡迭代期間矩陣不被改變。這個(gè)選項(xiàng)不適用于大變形分析。
INIT：程序在每一次平衡迭代中都使用初始剛度矩陣這一選項(xiàng)比完全選項(xiàng)似乎較不易發(fā)散，但它經(jīng)常要求更多次的迭代來得到收斂。它不適用于大變形分析。自適應(yīng)下降是不可用的。
注意：ANSYS通常選擇全牛頓-拉普森方法，關(guān)掉自適應(yīng)下降選項(xiàng)。但是，對于考慮摩擦的點(diǎn)-點(diǎn)接觸、點(diǎn)-面接觸單元，通常需要打開自適應(yīng)下降選項(xiàng)，例如：單元PIPE20、BEAM23、BEAM24和PEPE60。
結(jié)果后處理
來自非線性靜態(tài)分析的結(jié)果主要由位移，應(yīng)力，應(yīng)變，以及反作用力組成。可以用POST1通用后處理器，或者用POST26時(shí)間歷程后處理器來考察這些結(jié)果。
