结构或构件的载荷—变形曲线在工程中常呈现非线性变化，即结构刚度不再保持常数，而会随载荷水平、变形程度或材料状态发生改变。
引起结构刚度变化的原因通常可归纳为三类：
1）状态变化：系统刚度会因状态改变而在不同数值之间发生突变。状态变化可能由载荷水平触发（如接触开闭、间隙消失、屈曲后路径切换），也可能由外部条件引起（如边界条件改变、约束释放、温度突变等）。
2）几何非线性：当结构发生大位移、大转角或大应变时，几何形状的显著改变会导致内力与位移不再满足线性关系，从而产生非线性响应。此类问题通常需要启用大变形选项（如 NLGEOM,ON）来正确描述平衡路径。
3）材料非线性：材料应力—应变关系的非线性是结构非线性的常见来源。影响应力—应变行为的因素包括加载历史（如弹塑性硬化/卸载路径）、环境条件（如温度）、以及时间效应（如蠕变与应力松弛）等。
在数值求解中，将载荷分解为一系列载荷增量（子步/时间步）是处理非线性的基本策略之一。但若仅进行“逐步累加”而不在每个增量末端严格满足平衡条件，误差会随增量累积并可能导致解偏离真实平衡路径甚至失稳。
ANSYS 通常采用牛顿-拉夫森（Newton–Raphson）平衡迭代：在每个子步末端通过迭代修正位移，使残余力收敛，从而在每一增量点达到平衡并提升求解稳定性与精度。
在非线性分析过程中，材料相关因素会直接导致结构刚度随载荷阶段发生变化。例如，塑性、多线性（分段线性）以及超弹性等本构模型会使切线刚度随应变水平、温度或加载阶段而改变，从而改变整体结构的响应。
当材料应力—应变关系为非线性、或与速率/时间相关时，通常需要通过材料数据表定义材料模型参数。ANSYS 中常用 TB 命令族（例如 TB、TBTEMP、TBDATA、TBPT、TBCOPY、TBLIST、TBPLOT、TBDELE 等）输入非线性材料参数。
（GUI 路径示例：Main Menu > Preprocessor > Material Props > Material Models > Structural > Nonlinear）
下面对常见材料非线性行为作简要介绍。
1. 塑性（Plasticity）
塑性是不可恢复且与路径相关的变形行为。也就是说，载荷施加的顺序、加载/卸载路径以及进入塑性阶段的过程都会影响最终结果。为预测塑性响应，通常需要将载荷划分为多个子步（或时间步），使模型能够跟踪“载荷—响应路径”。在求解中，各子步的塑性状态量（如等效塑性应变等）会写入结果文件与相关输出中，便于后处理与评估。
2. 多线性（Multilinear）
多线性弹性（分段线性弹性）通常用于描述“非线性但可逆”的保守响应，其加载与卸载沿同一应力—应变曲线返回，因此一般认为路径无关。对这类非线性，通常可采用相对较大的子步长度（在保证收敛与精度前提下），计算效率较高。
3. 超弹性（Hyperelasticity）
超弹性常用于描述橡胶类材料在大应变、大变形下的响应，且通常近似不可压缩或弱可压缩。此类分析往往需要启用大变形（NLGEOM,ON），并选用支持大变形与超弹本构的单元类型。
常见可用于超弹性分析的单元包括：
1）专用超弹单元：HYPER56、HYPER58、HYPER74、HYPER158 等（具体适用性以所用版本单元库为准）。
2）常用结构实体/平面单元：如 PLANE182、PLANE183、SOLID185、SOLID186、SOLID187 等（梁/杆类单元通常不用于超弹性体积材料建模）。
4. 蠕变（Creep）
蠕变是与时间（或速率）相关的材料非线性：在持续载荷下，材料变形会随时间增长。相对地，当施加恒定位移时，反力（或应力）会随时间逐渐降低，这一现象称为应力松弛。工程分析中通常重点关注初期与稳态阶段；进入加速蠕变阶段往往已接近损伤或失效，很多情况下不作为常规设计分析范围。
5. 形状记忆合金（SMA）
形状记忆合金（Shape Memory Alloy, SMA）材料模型常用于描述镍钛合金的超弹性行为。该类材料在较大变形下可在加载/卸载后基本恢复而不残留永久变形，材料相变过程可概括为奥氏体相、马氏体相及两者之间的过渡阶段（相变区）。
在 ANSYS 中，常用 MP 命令定义奥氏体相的线弹性参数，并使用 TB,SMA 定义马氏体相及相变相关参数；材料参数可通过 TBDATA 分组输入（可输入多组参数，具体数量与含义以所用版本帮助文档为准）。可选单元通常包括 PLANE182、PLANE183、SOLID185、SOLID186、SOLID187 等。
6. 黏弹性（Viscoelasticity）
黏弹性与蠕变类似，也具有时间相关性，但在卸载后变形可部分恢复。典型黏弹性材料包括玻璃及部分聚合物材料。
ANSYS 中可通过 TB 命令族输入黏弹性参数，常见还可用 Prony 系列等形式描述松弛/蠕变特性（例如使用 TB,PRONY 输入 Prony 参数；某些模型还需要配合对应的松弛数据定义）。单元选择方面，许多常用实体、壳与平面单元（如 SHELL181、PLANE182/183、SOLID185/186/187、BEAM188/189 等）在相应选项与本构支持下可用于小变形或大变形黏弹性分析；具体以材料模型与单元能力匹配为准。
7. 黏塑性（Viscoplasticity）
黏塑性是与时间/速率相关的塑性行为，其塑性应变演化与加载速率密切相关。典型应用包括高温金属成形（如热轧、锻压等），此时塑性变形占主导而弹性变形较小，且常伴随大应变过程，因此通常需要启用大变形（NLGEOM,ON）。
黏塑性模型常通过流动法则与强化准则将塑性与时间效应耦合描述，并可通过体积约束等方式保证塑性区的合理体积变化。可用的单元类型与求解设置需结合具体黏塑性模型选项选择；部分版本中常见相关单元包含 VISCO107、VISCO108 等（以你所用 ANSYS 版本单元库为准）。