Altair Taiwan Blog

OptiStruct是Altair公司旗下最為先進的結構分析求解器，可解決靜態和動態載荷條件下的線性和非線性問題，包含了非線性靜力分析、非線性動力分析、非線性熱力學分析等。

今天主要為大家介紹OptiStruct針對隱式非線性三類主要問題上強大的求解分析功能。

圖1   HyperWorks非線性求解工具

首先，我們需要瞭解一下非線性問題產生的原因。

常在結構變形較大時，結構剛度會發生顯著變化，因此線性的近似求解不再實用，我們必須採用變剛度方法求解非線性問題。針對不同的非線性問題，OptiStruct相應的具有處理幾何非線性，材料非線性和包括接觸在內的邊界條件非線性以及組合的高度非線性的超強能力。

圖2   幾何非線性（大變形、大轉動、後屈曲）

圖3   材料非線性（彈塑性、超彈性）

圖4   接觸視覺化/大滑移接觸非線性

結構非線性問題中解存在不唯一性，而且結果不可放縮也不可疊加的難點，OptiStruct採用了Newton下山法求解，施加的載荷被分解為多個增量步逐步求解，可採用大增量步得到精確解，同時每個增量步多次反覆運算以達到收斂平衡。

圖5   Newton下山法求解原理

所謂幾何非線性就是考慮幾何大變形對平衡方程的影響，目前OptiStruct隱式非線性可解決以下幾何非線性效應：大變形，大轉動，跟隨力、應力強化、屈曲。支援1D、2D單元，工況間順序求解和慣性釋放。

圖6   啟動大變形和未啟動大變形

圖7   定義跟隨載荷和未定義跟隨載荷

對於基本的接觸狀態，OptiStruct隱式非線性提供基於MPC約束的接觸演算法，快速接觸演算法和大滑移接觸演算法。支援點對面的接觸演算法，同時還支援面對面接觸形式，使得兩接觸體在接觸部位的應力分佈變得非常連續。

圖8   有限滑移（每個增量步的接觸更新）

圖9   連續滑移（每個反覆運算步的接觸更新）

材料非線性分析方面OptiStruct隱式非線性可以定義和分析包括：彈塑性、超彈性、密封單元、複合材料等問題。支援使用者自訂材料，通過MATUSR卡片，引用外部函數(.dll,.so) 定義材料本構模型。

圖10   使用者自訂材料 (MATUSR卡片)

圖11   Arruda-Boyce超彈性材料