非线性专题——材料非线性分析仿真流程详解
非线性专题——材料非线性分析仿真流程详解
本篇文章将介绍材料非线性分析的仿真流程。通过WB软件，详细讲解了从几何模型构建到后处理的完整过程。文章适合工程仿真和材料科学领域的专业人士及学习者阅读。
一、非线性的介绍
1.1 什么是非线性
非线性是指载荷导致的结构刚度发生了变化，线性问题发生了改变。常见的情况有三种：金属材料的弹塑性(材料非线性)、细长杆或长薄板的大变形(几何非线性)、网格状态发生变化(状态非线性)。
1.2 状态非线性的适用范围
在模具领域，利用材料的塑性变形，冲压成材。汽车碰撞中利用材料的塑性变形吸收能量，从而保护人体降低伤害。
本篇文章将介绍材料非线性状态下的仿真流程。
二、状态非线性分析的流程
状态非线性分析的流程可以简单归纳为“三大步三小步”。其中三大步为：前处理、求解和后处理。三小步是在三大步基础上继续进行划分得出的。其中前处理的三小步为：几何模型系统构建、材料模型系统构建、有限元系统模型构建。求解的三小步为：位移边界条件设定、载荷边界条件设定、求解设定。后处理的三小步为：结果趋势判定、结果量级判定、结果误差分析。总结绘制成的思维导图如下：
此外，其他分析流程可以参考微信公众号：芝士仿真。公众号上会不定期发表仿真知识相关文章。
三、WB软件的材料非线性分析流程
材料非线性可以简单地理解为材料所受到的载荷超过了材料本身的弹性极限发生了塑性变形，但并没有超过屈服极限的现象。当外部载荷消失，材料不会恢复成原来的状态，此时，便是材料非线性的状态。
3.1 前处理
功能窗口具体如下图所示：
3.1.1 几何模型系统构建
导入模型，在DM界面中生成模型，检查外观有无破损。模型如下图所示：
3.1.2 材料模型系统构建
本篇文章采用材料“Steel”。参数如下图所示：
3.1.3 有限元系统构建
3.1.3.1 网格划分
网格采用自用划分，平板网格尺寸2mm。
3.2 求解
3.2.1 位移边界条件
在平板侧面（X向两面）添加fixed固定。如下图所示：
3.2.2 载荷边界条件
添加Y向-1e5N的力。如下图所示：
3.2.3 求解步长的设定
采用2个载荷步，步长分别为25，20，250。结果图下图所示：
3.3 后处理
3.1 结果趋势判定
结算得出结果后，对伪色图的结果进行判定。判断伪色图分布趋势是否符合力学原理。
3.2 结果量级判定
在判定结果趋势正确后，需要查看伪色图分布的量级是否正确。其中量级包括材料的量级、载荷施加的量级、计算结果的量级等方面。
3.3 结果误差分析
误差分析可以主要分为模型误差、网格误差两部分。模型误差包括孔、圆角、倒角等特征造成的误差。网格误差包括：网格层数不够造成误差、网格形状存在尖角造成的应力奇异误差。仿真结果需要进行判定结果是否为软件计算造成的误差。
结算结果如下图分别所示：形变结果图、应力结果图、应力结果局部放大图