1.2.2 保守行为与非保守行为—过程依赖性
如果通过外载输入系统的总能量当载荷移去时复原，我们说这个系统是保守的。如果能量被系统消耗(如由于塑性应变或滑动摩擦)，我们说系统是非保守的，一个非保守系统的例子如 图1-6 所示。
图1-6 非保守(过程相关)过程
一个保守系统的分析是与过程无关的：通常可以任何顺序和以任何数目的增量加载而不影响最终结果。相反地，一个非保守系统的分析是过程相关的；必须紧紧跟随系统的实际加载历史，才能获得精确的结果。如果对于给定的载荷范围，可以有多于一个的解是有效的(如在跃变分析中)，这样的分析也可能是过程相关的。过程相关问题通常要求缓慢加载(也就是使用许多子步)到最终的载荷值。 1.2.3 子步
当使用多个子步时，用户需要考虑精度和代价之间的平衡；更多的子步(也就是较小的时间步)通常导致较好的精度，但以增加运行时间为代价。ANSYS提供的自动时间步选项可用于这一目的。
用户可以激活自动时间步，以便根据需要调整时间步长，获得精度和代价之间的良好平衡。自动时间步激活ANSYS程序的二分功能。
二分法提供了一种对收敛失败自动矫正的方法。无论何时只要平衡迭代收敛失败，二分法将把时间步长分成两半，然后从最后收敛的子步自动重启动。如果已二分的时间步再次收敛失败，二分法将再次分割时间步长然后重启动，持续这一过程直到获得收敛或到达最小时间步长(由用户指定)。 1.2.4 载荷和位移方向
当结构经历大变形时，应该考虑到载荷将发生了什么变化。在许多情况中，无论结构如何变形，施加在系统中的载荷保持恒定的方向。而在另一些情况中，力将改变方向，随着单元方向的改变而变化。
ANSYS程序根据所施加的载荷类型，可以模拟这两种情况。加速度和集中力将不管单元方向的改变，而保持它们最初的方向。表面载荷作用在变形单元表面的法向，且可被用来模拟“跟随”力。 图1-7 说明了方向不变的力和跟随力。 注意 ─在大变形分析中，结点坐标系方向不变。因此计算出的位移在最初的方向上输出。
图1-7 变形前后载荷方向
1.2.5 非线性瞬态分析
非线性瞬态分析方法，与线性静态分析方法相似：以荷载增量加载，程序在每一步中进行平衡迭代。静态和瞬态处理的主要不同是在瞬态过程分析中要激活时间积分效应。因此，在瞬态过程分析中，“时间”总是表示实际的时序。自动时间步长和二分特点同样也适用于瞬态过程分析。
2.1 在ANSYS中执行非线性分析
ANSYS应用基于问题物理特性的自动求解控制方法，把各种非线性分析控制参数设置到合适的值。如果用户对这些设置不满意，还可以手工设置。下列命令的缺省设置已进行了优化处理：
AUTOTS PRED MONITOR DELTIM NROPT NEQIT NSUBST TINTP SSTIF CNVTOL CUTCONTROL KBC LNSRCH OPNCONTROL EQSLV ARCLEN CDWRITE LSWRITE
这些命令及其设置在将在后面讨论。参见《ANSYS Commands Reference》。 如果用户选择自己的设置而不是ANSYS的缺省设置，或希望用以前版本的ANSYS的输入列表，则可用/ SOLU 模块的 SOLCONTROL ，OFF命令，或在/ BATCH 命令 后用/ CONFIG ，NLCONTROL，OFF命令。参见 SOLCONTROL 命令的详细描述。 ANSYS对下面的分析激活自动求解控制：
单场的非线性或瞬态结构以及固体力学分析，在求解自由度为UX、UY、UZ、
ROTX、ROTY、ROTZ的结合时； 单场的非线性或瞬态热分析，在求解自由度为TEMP时；
注意 -- 本章后面讨论的求解控制对话框，不能对热分析做设置。用户必须应用标准的ANSYS求解命令或GUI来设置。
2.2 非线性静态分析步骤
尽管非线性分析比线性分析变得更加复杂，但处理基本相同。只是在非线形分析的过程中，添加了需要的非线形特性。
非线性静态分析是静态分析的一种特殊形式。如同任何静态分析，处理流程主要由以下主要步骤组成：
建模；
设置求解控制； 设置附加求解控制； 加载； 求解； 考察结果。
2.2.1 建模
这一步对线性和非线性分析基本上是一样的，尽管非线性分析在这一步中可能包括特殊的单元或非线性材料性质，参考§4《材料非线性分析》，和§6.1《单元非线性》。如果模型中包含大应变效应，应力─应变数据必须依据真实应力和真实(或对数)应变表示。参见《ANSYS Modeling and Meshing Guide》。
在ANSYS中建立了模型后，应该设置求解控制(分析类型、分析选项、荷载步等)选项，施加荷载，最后求解。非线性分析与线性分析的不同之处是，前者需要许多荷载增量，并且总是需要平衡迭代。下面讨论一般过程。参见本章的例子。
2.2.2 设置求解控制
设置求解控制包括定义分析类型、设置分析的常用选项和指定荷载步选项。在做结构非线性静态分析时，可以应用求解控制对话框来设置。该对话框对许多非线性静态分析提供了缺省设置。这样，用户需要的设置降低到最少。求解控制框的缺省设置，基本上与§2.1所述的自动求解控制的设置相同。由于求解控制对话框是非线性静态分析的推荐工具，我们在下面将详细论述，如用户不想用这个对话框(GUI：Main Menu>Solution>-Analysis Type-Sol\，可以应用标准的ANSYS求解命令集或相应的菜单(GUI：Main Menu>
Solution>Unabridged Menu>option)。求解控制对话框的概况，见《ANSYS Basic Analysis Guide》§3.11。
注意 -- 对于非线性结构完全瞬态分析，建议应用求解控制对话框，但并不是必须如此，见§2.3。 2.2.2.1 求解控制对话框—进入
选择(GUI：Main Menu>Solution>-Analysis Type-Sol\进入求解控制对话框。下面几节将论述这个求解对话框中的内容。对于其详细说明，可以在相应标签下，按HELP按钮进入帮助系统。 2.2.2.2 求解控制对话框--Basic标签
求解控制对话框共有五个标签，其中最基本的选项位于第一个标签上，其他标签依此提供更高级的控制。进入对话框后，缺省的标签就是 Basic标签。 Basic标签中的内容，提供了ANSYS分析所需要的最少设置。如果用户对Basic标签中的设置满意，就不必调整其他标签中的更高级的设置。在按OK按钮以后，设置才作用于ANSYS数据库，并关闭对话框。
可用的Basic标签选项见 表2-1 。按HELP可得更多的说明。
表2-1
选项 参见《ANSYS Basic Analysis Guide》 §1.2.6.1 指定分析类型[ ANTYPE , NLGEOM ] §3.16 控制时间设置，包括:荷载步末的时间[ TIME ], §2.4 自动时间步[ AUTOTS ], §2.7.1 一个荷载步中的子步数 [ NSUBST 或 DELTIM ] 指定写入数据库中的结果数据[ OUTRES ] §2.7.4 在非线性静态分析中的一些特殊考虑如下：
1、在设置 ANTYPE 和 NLGEOM 时，如果是执行新的分析，选择\Displacement Static\，但要记住并不是所有的非线性分析都产生大变形，见§3。如果想重启动一个已失败的非线性分析，选择\。在第1荷载步以后(即在首次运行 SOLVE 命令后)，用户不能改变这个设置。通常用户要作一个新的分析，而不是重启动分析。重启动分析的讨论见《ANSYS Basic Analysis Guide》。
2、在进行时间设置时，记住这些选项可在任何荷载步改变。参见《ANSYS Basic Analysis Guide》§2。高级的时间/频率选项，参见§2.2.2.8。非线性分析要求在一个时间步上有多个子步，以使ANSYS能够逐渐地施加荷载，并取得精确解。 NSUBST 和 DELTIM 命令产生相同的效果(建立荷载步的开始、最小和最大时间步)，但互为倒数。 NSUBST 定义一个荷载步上的子步数，而 DECTIM 显式地定义时间步大小。如果自动时间步[ AUTOTS ]关闭，则起始子步大小用于整个荷载步。
3、 OUTRES 控制结果文件(Jobname.RST)中的数据。缺省时，在非线性分析中把最后一个子步的结果写入此文件。结果文件只能写入1000个结果集(子步)，但用户可以用 / CONFIG ，NRES 命令来增大这一限值，参见《ANSYS Basic Analysis Guide》。
2.2.2.3 求解控制对话框--Transient标签
这个标签的内容是瞬态分析控制，只有在Basic标签中选择了瞬态分析时这个标签才能应用，否则呈灰色。所以在这里不论述，参见§2.3。 2.2.2.4 求解控制对话框--Sol\标签
这个标签设置的选项见 表2-2 。按本标签的HELP可得到更多的说明。
表2-2
选项 参见 §2.2.2.7.1 指定方程求解器[ EQSLV ] 《ANSYS Basic Analysis Guide》§3.2-§3.10 对多重启动指定参数 《ANSYS Basic Analysis Guide》