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非线性分析功能为设计人员有效地设计产品，减少额外成本提供了一个十分有用的工具。
以往基于线性的结构分析因为过于保守而不能赢得当今国际市场的激烈竞争。很多材料达到初始屈服极限时往往还有很大的承载潜力可挖。通过非线性分析，工程师可以更加深入地掌握结构的特性，充分利用材料的塑性和韧性。薄壳结构或橡胶一类超弹性材料零件在小变形时反力较小，而随变形增加，反力也会加速增大。这些状况是用简单线性分析不能描述的。类似的，非线性分析还可以解决蠕变问题，这对于高聚合塑性和高温环境下的结构件尤为重要。接触分析也是非线性分析中一个很重要的应用方面，如轮胎与道路的接触，齿轮垫片或衬套等系统连接件都要用到接触分析。
? 几何非线性分析
几何非线性分析研究结构在载荷作用下几何模型发生改变的方式和大小。所有这些均取决于结构承载时的刚性或柔性变化。非稳定段过渡、回弹、后屈曲分析的研究都属于几何非线性分析的应用。
在几何非线性中，应变位移关系是非线性的，这意味着结构本身会产生大位移或大转动，而单元中的应变却可大可小。
NX Nastran可以确定屈曲和后屈曲属性。对于屈曲问题，NX Nastran可同时考虑材料及几何非线性。非线性屈曲分析可比线性屈曲分析更准确地判断出临界载荷。对于后屈曲问题，NX Nastran提供三种弧长法（Crisfield法、Riks法和改进Riks法）的自适应混合使用，大大提高分析效率。
此外，在众多的应用里，结构模态分析同时考虑几何刚化和材料非线性也是非常重要的。这一功能在NX Nastran中叫做非线性正则模态分析。
? 材料非线性分析
当材料的应力应变关系是非线性时就要使用这类分析。其中包括非线性弹性（含分段线弹性）、超弹性、热弹性、弹塑性、塑性、粘弹性、率相关塑性与蠕变材料，适用于各类各向同性，各向异性材料模式，具有不同拉压特性（如绳索）及与温度相关的材料等。对于弹/塑性材料既可用Von Mises也可用Tresca屈服准则；土壤或岩石一类材料可用Mohr Coulomb或Drucker-Prager屈服准则；Mooney-Rivlin超弹性材料模型适用于超弹性分析；对于蠕变分析可利用ORNL定律或Rheological进行模拟，并同时考虑温度影响。任何屈服准则均包括各向同性硬化、随动硬化或两者兼有的硬化规律。
? 非线性边界（接触问题）
当一个结构与另一个结构或外部边界相接触时通常要考虑非线性边界条件。由接触产生的力同样具有非线性特性。对于这些非线性接触力，NX Nastran提供了两种方法：一是三维间隙单元（GAP），支持开放、封闭或带摩擦的边界条件；二是三维滑移线接触单元，支持接触分离、摩擦和滑移边界条件。
? 非线性瞬态分析
非线性瞬态分析可用于分析以下三种类型的非线性结构的非线性瞬态行为。
? 考虑结构的材料非线性行为：塑性、Von Mises屈服准则、Tresca屈服准则、
Mohr-Coulomb屈服准则、随动硬化、Drucker-Prager屈服准则、各向同性硬化、大应变的超弹性材料、小应变的非线性弹性材料、热弹性材料、粘塑性，
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18 NX Nastran基础分析指南
粘塑性与塑性结合等。
? 几何非线性行为：大位移，超弹性材料的大应变，追随力。 ? 包括边界条件的非线性行为：结构与结构的接触（三维滑移线），缝隙的打开
与闭合，是否考虑摩擦，强迫位移等。
? 非线性单元
除几何、材料、边界非线性外，NX Nastran还提供了具有非线性属性的各类分析单元如非线性阻尼、弹簧、接触单元等。非线性弹簧单元允许用户直接定义载荷位移的非线性关系。
NX Nastran非线性分析提供了丰富的迭代和运算控制方法，如N-R法、改进Newton法、弧长法、Newton与弧长混合法、两点积分法、Newmark ?法及非线性瞬态分析过程中的自动时间步调整功能等，与尺寸无关的判别准则可自动调整非平衡力、位移和能量增量，智能系统可自动完成全刚度矩阵更新或Quasi-Newton更新，使用线性搜索或自动二分载荷增量，可使CPU用时最少。自动重启功能用于不同目的的数据恢复和求解，可在任何一点重启动，包括稳定区和非稳定区。
（5）热传导分析
热传导分析通常用来校验结构零件在热边界条件或热环境下的产品特性，利用NX- Nastran可以计算出结构内的热分布状况，并直观地看到结构内潜热、热点位置及分布。用户可通过改变发热元件的位置、提高散热手段或绝热处理或用其他方法优化产品的热性能。
NX Nastran提供广泛的温度相关的热传导分析支持能力。基于一维、二维、三维热分析单元，NX Nastran可以解决包括传导、对流、辐射、相变、热控系统在内所有的热传导现象，并真实地仿真各类边界条件，构造各种复杂的材料和几何模型，模拟热控系统，进行热-结构耦合分析。
NX Nastran提供广泛的自由对流的变界条件有：随温度变化的热交换系数，随热交换系数变化的加权温度梯度，随时间变化的热交换系数，非线性函数形式，加权层温度；强迫对流有：管流体流场关系 H（Re，Pr），随温度变化的流体粘性，传导性和比热容，随温度变化的质量流率，随时间变化的质量流率，随质量流率变化的加权温度梯度；辐射至空间：随温度变化的发射率和吸收率，随波长变化的发射率和吸收率，随时间变化的交换，辐射闭合，随温度变化的发射率，随波长变化的发射率，考虑自我和第三体阴影的三维散射角系数计算，自适应角系数计算，净角系数，用户提供的交换系数，辐射矩阵控制，多辐射闭合；施加的热载荷：方向热流，表面法向热流，节点能量，随温度变化的热流，随热流变化的加权温度梯度，随时间变化的热流；温度变界条件：稳态分析指定常温变界条件，瞬态分析指定时变温变界条件；初始条件：非线性稳态分析的起始温度，所有瞬态分析的起始温度；热控制系统：自由对流热交换系数的当地。远程和时变控制点，强迫对流质量流率的当地。远程和时变控制点，热流载荷的当地、远程和时变控制点，内热生成的当地、远程和时变控制点，瞬态非线性载荷函数，精确传导代数约束温度关系；NX Nastran输出图像显示：传导和变界表面单元的热流，节点温度随时间的变化曲线，节点焓随时间的变化曲线，等温线。
另外，NX Nastran 提供的重启动功能，可直接矩阵输入至传导和热容矩阵，集中质量
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和离散导体。
NX Nastran提供了适于稳态或瞬态热传导分析的线性、非线性两种算法。由于工程界很多问题都是非线性的，NX Nastran的非线性功能可根据选定的解算方法自动优选时间 步长。
? 线性/非线性稳态热传导分析
基于稳态的线性热传导分析一般用来求解在给定热载和边界条件下，结构中的温度分布，计算结果包括节点的温度，约束的热载和单元的温度梯度，节点的温度可进一步用于计算结构的响应；稳态非线性热传导分析则在包括了稳态线性热传导的全部功能的基础上，额外考虑非线性辐射与温度有关的热传导系数及对流问题等。
? 线性/非线性瞬态热传导分析
线性/非线性瞬态热传导分析用于求解时变载荷和边界条件作用下的瞬态温度响应，可以考虑薄膜热传导、非稳态对流传热及放射率、吸收率随温度变化的非线性辐射。
? 相变分析
该分析作为一种较为特殊的瞬态热分析过程，通常用于材料的固化和溶解的传热分析模拟，如金属成型问题。在NX Nastran中将这一过程表达成热焓与温度的函数形式，从而大大提高分析的精度。
? 热控分析
NX Nastran可进行各类热控系统的分析，包括模型的定位、删除、时变热能控制等，如现代建筑的室温升高或降低控制。自由对流元件的热传导系数可根据受迫对流率、热流载荷、内热生成率得到控制，热载和边界条件可定义成随时间的非线性载荷。
（6）空气动力弹性及颤振分析
气动弹性问题是应用力学的分支，涉及气动、惯性及结构力间的相互作用，在NX Nastran中提供了多种有效的解决方法。人们所知的飞机、直升机、导弹、斜拉桥乃至高耸的电视发射塔、烟囱等都需要气动弹性方面的计算。
NX Nastran的气动弹性分析功能主要包括：静态和动态气弹响应分析、颤振分析及气弹优化。
? 静动气弹响应分析
气弹响应分析计算结构在亚音速下在离散或随机二维阵风场中的响应，输出包括位移、应力或约束力、加速度可以从阵风断面的二阶时间导数的响应来获得，随机阵风分析给出响应功率谱密度、均方根和零交平均频率。
? 气动颤振分析
空气动力颤振分析考虑空气弹性问题的动力稳定性。它可以分析亚音速或超音速流。系统求出一组复特征解，提供可用五种不同的气动力理论，包括用于亚音速的Doublet Lattice理论、Strip理论以及用于超音速的Machbox理论、Piston理论、ZONA理论。对于稳定性分析系统提供三种不同的方法：二种美国方法（K法、KE法）和一种英国方法（PK法），输出包括阻尼、频率和每个颤振模态的振型。
? 气弹优化分析
在NX Nastran中，气弹分析与设计灵敏度和优化功能的完美集成为气弹分析提供了更
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20 NX Nastran基础分析指南
强有力的设计工具。气弹灵敏度分析主要用来确定结构响应的改变如位移、速度等对结构气动特性的影响程度。气弹优化则是依据气弹响应及灵敏度分析的数据自动地完成满足某一设计变量（如：应力、变形或颤振特性）的设计过程。
（7）流-固耦合分析
流-固耦合分析主要用于解决流体（含气体）与结构之间的相互作用效应。NX Nastran中拥有多种方法求解完全的流-固耦合分析问题，包括：流-固耦合法、水弹性流体单元法、虚质量法。
? 流-固耦合法
流-固耦合法广泛用于声学和噪音控制领域中，如发动机噪声控制、汽车车厢和飞机客舱内的声场分布控制和研究等。分析过程中，利用直接法和模态法进行动力响应分析。流体假设是无旋的和可压缩的，分析的基本控制方程是三维波方程，二种特殊的单元可被用来描述流-固耦合边界。此外，NX Nastran新增加的（噪）声学阻滞单元和吸收单元为这一问题的分析带来了极大方便。
（噪）声学载荷由节点的压力来描述，其可以是常量，也可以是与频率或时间相关的函数，还可以是声流容积、通量、流率或功率谱密度函数。由不同的结构件产品的噪声影响结果可被分别输出。
? 水弹性流体单元法
该方法通常用来求解具有结构界面、可压缩性及重力效应的广泛流体问题。水弹性流体单元法可用于标准的模态分析、瞬态分析、复特征值分析和频率响应分析。当流体作用于结构时，要求必须指出耦合界面上的流体节点和相应的结构节点。自由度在结构模型中是位移和转角，而在流体模型中则是在轴对称坐标系中调和压力函数的傅里叶系数。
类似于结构分析，流体模型产生“刚度”和“质量”矩阵，但具有不同的物理意义。载荷、约束、节点排序或自由度凝聚不能直接用于流体节点上。
? 虚质量法
虚质量法主要用于以下流-固耦合问题的分析：
? 结构沉浸在一个具有自由液面的无限或半无限液体里。 ? 容器内盛有具有自由液面的不可压缩液体。
以上两种情况的组合，如船在水中而舱内又装有不充满的液体。
用结构单元来描述，这个模型可以是一边或二边被同一液体或不同液体所浸润。 忽略液面重力效应。这种近似处理对于结构频率高于液体晃动频率是有效的。该分析假设液体密度是常量（无层间变化），流体是无旋的（无粘性），并且是稳定的（如同空气动力中一样），同时是线性的。
（8）多级超单元分析
超单元分析是求解大型问题一种十分有效的手段，特别是当工程师打算对现有结构件做局部修改和重分析时。超单元分析主要是通过把整体结构分化成很多小的子部件来进行分析，即将结构的特征矩阵（刚度、传导率、质量、比热、阻尼等）压缩成一组主自由度类似于子结构方法，但较其相比具有更强的功能且更易于使用。子结构可使问题表达简单、计算效率提高、计算机的存储量降低。超单元分析则在子结构的基础上增加了重复和镜像