非线性几何建模

默认情况下，固体应力模型考虑线性几何现象。本节介绍对应变-位移关系为非线性关系的现象（如涉及大位移或固体结构旋转的应用）进行建模所需的额外步骤。

要确定模拟是否需要非线性分析：
  1. 首先运行线性分析并检查结果。如果发生以下任一情况，则需要非线性分析以获得更真实的求解：
    • 变形非常大，即位移幅值超过模型尺寸 10% 或零部件旋转大于 4°
    • 结构具有处于拉伸或压缩负载下的细长零部件
要对非线性效应建模：
  1. 在进行应力分析的物理连续体中，激活非线性几何模型。
    Simcenter STAR-CCM+ 在固体应力求解器节点下添加刚度矩阵更新控制。

  2. 在物理连续体中，根据分析（静态或动态）和加载方法的类型，激活相应的时间模型。作为准则，使用时间相关的函数（而不是迭代相关的函数）跃升负载：
    • 在动态分析中，激活隐式非稳态模型。
    • 在具有较小非线性的静态分析中，可以在一个步骤中应用负载。在这种情况下，激活静态分析模式中的稳态模型或隐式非稳态模型。

      使用第二种方法，可以在使用与时间相关的函数跃升施加的载荷时运行静态分析。此方法仅适用于非线性非常小的情况。

    • 在具有较大非线性的静态分析中，激活定常模型。
如果要包括因体变形而产生的 Coriolis 力效应：
  1. 在物理连续体中，激活 Coriolis - 固体位移速度效应模型。
    选择非线性几何模型时，将包含其他惯性负载贡献（离心力和欧拉力）的变形相关性。有关详细信息，请参见惯性负载。
具有较大非线性的模拟一般需要负载跃升，以便在多个步长中逐渐应用负载。在本例中：
  1. 激活固体应力载荷步长求解器，并定义跃升详细信息。有关说明，请参见载荷步长：逐步应用载荷。
为了求解非线性方程，Simcenter STAR-CCM+ 使用牛顿迭代方法更新刚度矩阵。要指定刚度矩阵更新方法：
  1. 选择求解器 > 固体应力求解器 > 刚度矩阵更新节点，并将方法设为所需选项。
    对于大多数应用，建议使用动态更新方法。动态更新方法提高了灵活性，并加强了对刚度矩阵更新的控制。建议仅对中等非线性应用使用改进牛顿法。全牛顿法可提供最精确的求解，但是计算成本可能很高。有关更多信息，请参见刚度矩阵更新。
在非线性模拟中，压力和拉力负载通常取决于表面的变形，因此取决于求解。要改进涉及较大的、负载引发的变形的模拟的收敛，可以激活负载线性化：
  1. 展开区域 > [固态区域]节点，然后：
    • 在 FSI 模拟中，选择边界 > [FSI 交界面] > 物理条件 > 表面载荷线性化节点并激活线性化载荷。
    • 在纯固体模拟中，选择段 > [压力或拉力段] > 物理条件 > 表面载荷线性化节点并激活线性化载荷。
    有关更多信息，请参见非线性几何模型参考。
建议根据非线性等级调整默认停止条件：
  1. 编辑停止条件节点。
  2. 如果使用隐式非稳态求解器，建议将最大内部迭代设为 10 到 30 之间的数字。
  3. 如果对于非线性应用而言默认值太严格，还建议将收敛条件、Displacement Criterion(位移条件) 和 Force Criterion(力条件) 的下限增加到 1E-8 或更高。
  4. 对线性分析进行更改后，要考虑非线性几何影响，需要清除求解并运行模拟。
    大负载增量或大温度增量会导致较大单元变形，因此产生奇异刚度矩阵。这种情况将导致直接求解器失败，并显示一条有关负主元的错误消息。在这些情况下，需要减小模拟时间步，清除求解，然后再次运行模拟。

    结构的实际不稳定性（如弯曲）也会产生奇异刚度矩阵。这些问题要求很好地了解弯曲负载和形状。