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ansys非線性收斂總結(jié)ansys計算非線性時會繪出收斂圖,其中橫坐標是cumulative iteration number 縱坐標是absolute convergence norm。他們分別是累積迭代次數(shù)和絕對收斂范數(shù),用來判斷非線性分析是否收斂。ansys在每荷載步的迭代中計算非線性的收斂判別準則和計算殘差。其中計算殘差是所有單元內(nèi)力的范數(shù),只有當殘差小于準則時,非線性疊代才算收斂。ansys的收斂是基于力的收斂的,以力為基礎的收斂提供了收斂量的絕對值,而以位移為基礎的收斂僅提供表現(xiàn)收斂的相對量度。一般不單獨使用位移收斂準則,否則會產(chǎn)生一定偏差,有些情況會造成假收斂.(ansys非線性分析指南-基本過程Page.6) 。因此ansys官方建議用戶盡量以力為基礎(或力矩)的收斂誤差,如果需要也可以增加以位移為基礎的收斂檢查。ANSYS缺省是用L2范數(shù)控制收斂。其它還有L1范數(shù)和L0范數(shù),可用CNVTOL命令設置。在計算中L2值不斷變化,若L2SHELL,SHELL-SOLID)。構(gòu)件的連接形式(剛接或鉸接)等也可能影響到結(jié)構(gòu)的剛度。 2、線性算法(求解器)ANSYS中的非線性算法主要有:稀疏矩陣法(SPARSE DIRECT SOLVER)、預共軛梯度法(PCG SOLVER)和波前法(FRONT DIRECT SLOVER)。稀疏矩陣法是性能很強大的算法,一般默認即為稀疏矩陣法(除了子結(jié)構(gòu)計算默認波前法外)。預共軛梯度法對于3-D實體結(jié)構(gòu)而言是最優(yōu)的算法,但當結(jié)構(gòu)剛度呈現(xiàn)病態(tài)時,迭代不易收斂。為此推薦以下算法: 1)BEAM單元結(jié)構(gòu),SHELL單元結(jié)構(gòu),或以此為主的含3-D SOLID的結(jié)構(gòu),用稀疏矩陣法; 2)3-D SOLID的結(jié)構(gòu),用預共軛梯度法; 3)當你的結(jié)構(gòu)可能出現(xiàn)病態(tài)時,用稀疏矩陣法; 4)當你不知道用什么時,可用稀疏矩陣法。 3)非線性逼近技術在ANSYS里還是牛頓拉普森法和弧長法。牛頓拉普森法是我們常用的方法,收斂速度較快,但也和結(jié)構(gòu)特點和步長有關?;¢L法常被某些人推崇備至,它能算出力加載和位移加載下的響應峰值和下降響應曲線。但也發(fā)現(xiàn):在峰值點,弧長法仍可能失效,甚至在非線性計算的線性階段,它也可能會無法收斂。 為此,我們盡量不要從開始即激活弧長法,還是讓程序自己激活為好(否則出現(xiàn)莫名其妙的問題)。子步(時間步)的步長還是應適當,自動時間步長也是很有必要的。 2.如何加快計算速度 在大規(guī)模結(jié)構(gòu)計算中,計算速度是一個非常重要的問題。下面就如何提高計算速度作一些建議: 充分利用ANSYS MAP分網(wǎng)和SWEEP分網(wǎng)技術,盡可能獲得六面體網(wǎng)格,這一方面減小解題規(guī)模,另一方面提高計算精度。 在生成四面體網(wǎng)格時,用四面體單元而不要用退化的四面體單元。比如95號單元有20節(jié)點,可以退化為10節(jié)點四面體單元,而92號單元為10節(jié)點單元,在此情況下用92號單元將優(yōu)于95號單元。 選擇正確的求解器。對大規(guī)模問題,建議采用PCG法。此法比波前法計算速度要快10倍以上(前提是您的計算機內(nèi)存較大)。對于工程問題,可將ANSYS缺省的求解精度從1E-8改為1E-4或1E-5即可。 設置直接影響到收斂。應該注意以下幾點: 1)足夠大的荷載步(將MAXMIUM SUBSTEP=1000000),可以更容易收斂,避免發(fā)散的出現(xiàn)(nsub,nsbstp,nsbmx,nsbmn); 2)足夠大的平衡迭代步數(shù),默認為25,可以放大到很大(100)(eqit,eqit); 3)將收斂準則調(diào)整,以位移控制時調(diào)整為0.05,以力控制為0.01(CNVTOL,lab,value,toler,norm,minref)。 4)對于線性單元和無中間節(jié)點的單元(SOLID65和SOLID45),關閉EXTRA DISPLACEMENTS OPTIONS(在OPTIONS中)。 5)對于CONCRETE材料,可以關閉壓碎功能,將CONCRETE中的單軸抗壓強度設置為-1(tadata,mat,shrcf-op,shrcf-cl,UntensSt,UnCompSt(-1)。3.非線性計算無法收斂原因非線性計算無法收斂是非常頭疼的問題,往往不同的分析過程會有不同的提示,總結(jié)不收斂的原因,主要可從以下幾大類著手:1)檢查模型是否存在不完全約束或剛體位移的情況:這主要是通過施加合理的約束方法來誰解決。如果剛體位移不可避免,可以人為施加合理的約束使其收斂,workbench就是通過施加弱彈簧來消除剛體位移的。 2)檢查網(wǎng)格:尤其是錯誤信息提示有“單元出現(xiàn)嚴重扭曲”的語句時,這種情況發(fā)生在原模型計算前存在嚴重網(wǎng)格畸變的情形,可以通過 check,esle,warn 選擇存在警告的單元位于何處,找到位置后再在該處細化。3)檢查載荷子步和時間步設置:一般是增加子步數(shù)或者減少時間步長,這點不用多說了,很實用很有效的方法。4)檢查材料參數(shù)設置:這一錯誤通常不容易發(fā)現(xiàn),然而非常重要。材料模型不正確意味著不合理的應力應變關系,在施加載荷后往往出現(xiàn)不合理的結(jié)構(gòu)響應,導致自由度位移過大而不收斂。具體說就是材料的EX,PRXY,金屬材料的雙線性和多線性參數(shù)等是否正確。5)檢查結(jié)構(gòu)是否有不穩(wěn)定:如果我們分析的結(jié)構(gòu)是一個局部或全局不穩(wěn)定結(jié)果,這一點必須考慮。比如在結(jié)構(gòu)變形過程中出現(xiàn)了屈曲、剛度突變的情況,這個錯誤是非線性不收斂的一個重要錯誤。6)檢查接觸的設置:接觸是一個狀態(tài)非線性問題,ansys中可選的參數(shù)很多,對于不同的接觸其中的參數(shù)需要個別設置,其中主要的參數(shù)有接觸行為方式,法向罰剛度因子,pingball域,初始穿透等等。7)檢查積分參數(shù)的設置:在瞬態(tài)分析采用完全求解方法時,默認的方法是Newmark方法,四個積分參數(shù)由控制,在一些特殊情況下,考慮數(shù)值衰減效果更加理想的HHT方法,或者手動設置四個積分參數(shù)(但是這必須在你非常清楚積分參數(shù)的影響和保證無條件收斂的情況下才可以)。8)檢查非線性求解器的選擇:ansys默認的求解方法是iterative,即迭代法,即Newton-Raphson迭代,很多情況下該方法是可行的,但有時候直接迭代法direct能更好的收斂。9)變形分析中約束方程的設置,一旦約束方程的節(jié)點的位移不滿足方程存在的條件的話就會產(chǎn)生變形不合理、不收斂的情況。 ,最好的方法就是從out信息中尋找突破點。 4.ANSYS的非線性收斂準則描述:計算收斂過程圖2 t# W* ?& N& Z s 6 V8 BCNVTOL, Lab, VALUE, TOLER, NORM, MINREF. U5 b6 g$ K U+ $ K2 t% v* WKANSYS中,非線性收斂準則主要有力的收斂,位移的收斂,彎矩的收斂和轉(zhuǎn)角的收斂。一般用力的控制加載時,可以使用殘余力的2-范數(shù)控制收斂;而位移控制加載時,最好用位移的范數(shù)控制收斂。! x: c3 S# - p$ AWhen SOLCONTROL,ON, TOLER Defaults to 0.005 (0.5%) for force and moment, and 0.05 (5%) for displacement when rotational DOFs are not present. 6 w$ n, e* j5 e: L& C1 When SOLCONTROL,OFF, defaults to 0.001 (0.1%) for force and moment.收斂精度一般可放寬至 5%,以提高收斂速度。1)加快收斂的方法有一下幾種1)可以增大荷載子步數(shù),nsubst,nsbstp,nsbmn,carry 2)修改收斂準則,cnvtol,lab,value,toler,norm,minref 3)打開優(yōu)化的非線性默認求解設置和某些強化的內(nèi)部求解算法,solcontrol, key1,key2,key3,vtol(一般情況下,默認是打開的)4)重新劃分網(wǎng)格,網(wǎng)格的單元不宜太大或太小, 一般在510厘米左右5)檢查模型的正確性 2)如何看非線性計算時繪出的收斂圖1.圖片含義:非線性計算是一個迭代計算的過程,曲線表示兩次迭代之間的誤差,圖中分別表示力和位移在迭代過程中的每次迭代之間的誤差CRIT表示收斂準則,不同的收斂準則對應不同的顏色的曲線L2表示收斂殘差,相應的有F L2(力收斂殘差)、M L2(彎矩收斂殘差)2.收斂的判斷依據(jù):1、L2曲線均在CRIT曲線以下;2、Time=1(time=1,! h8 M : o/ ! X0 P. r只是一個完成的標志,: k: f! ; Nx這里默認的認為總時間是1,( ?a9 Y4 x6 D4 |說明到達最后一步了!& e; 4 e8 H! F s這個也可以不稱作判據(jù))& H4 # F- J% y* G0 I滿足以上條件,則非線性分析收斂。ansys計算非線性時會繪出收斂圖,該圖是對你計算過程的一個記錄,是對計算過程的直觀認識。其中橫坐標是cumulative iteration number ,是累積迭代次數(shù);縱坐標是absolute convergence norm,絕對收斂范數(shù),由他們來判斷非線性分析是否收斂。ansys在每荷載步的迭代中計算非線性的收斂判別準則和計算殘差。其中計算殘差是所有單元內(nèi)力的范數(shù),只有當殘差小于準則時,非線性疊代才算收斂。ansys默認的收斂準則是將不平衡力的SRSS與VALUEYOLER的值進行比較,對力或力矩進行收斂檢查。也可以添加位移收斂準則。ansys的位移收斂是基于力的收斂的,以力為基礎的收斂提供了收斂量的絕對值,而以位移為基礎的收斂僅提供表現(xiàn)收斂的相對量度。一般不單獨使用位移收斂準則,否則會產(chǎn)生一定偏差,有些情況會造成假收斂。因此ansys官方建議用戶盡量以力(或力矩)為基礎的收斂準則,如果需要也可以增加以位移為基礎的收斂檢查。對于多自由度體系的收斂檢查,ANSYS提供了三種不同的矢量范數(shù)用于收斂檢查:無限范數(shù)、L1范數(shù)、L2范數(shù)。ANSYS缺省是用L2范數(shù)控制收斂。在圖形右邊表示的就是你這次計算使用的收斂準則crit、L2分別是按照兩種收斂準則計算出來的誤差量。F CRIT收斂標準;F L2誤差范數(shù),按照L2收斂準則計算出來的力的誤差量(迭代計算中的概念)。M表示力矩。TIME是與定義的子步與子步數(shù)的過程反映。由TIME 和NSUBST命令控制。3.繪制收斂圖結(jié)束后會顯示收斂圖,如果你把它弄消失了,就無法再查看了。只有再算一次。所有小心操作!不過收斂圖不怎么重要,只是模型計算過程的記錄。紫的是殘差力,即(F - Fnr),籃的是收斂準則,當殘差在準則以下時,求解收斂Ansys 牛頓-拉普森法用如下方程迭代到一個收斂解:KTdeta u = F - Fnr以增量形式逐漸施荷加載。在每一載荷增量中完成平衡迭代來使得增量求解達到平衡。求解平衡方程KTDeta u = F - Fnr9 n% E% C! P1 KT 切線剛度矩陣deta u 位侈增量& : 4 x _3 C! d8 K: vF 外部載荷向量+ K6 E. z. 3 |% m+ OE jFnr 內(nèi)部力向量迭代進行,直到F - Fnr在允許誤差范圍內(nèi)。程序反復求解此方程(二分載荷增量), 直到殘差(失衡力), F - Fnr, 小到可以接受的程度.最大可接受值稱為力收斂準則當L2處于crit曲線下時收斂,但是很多時候,L2曲線是在CRIT曲線上下波動,并不都處于CRIT曲線之下3)關于ansys中收斂準則(cnvtol)理解1 Y3 n5 J; N( t0 1 j0 r0 V2 h S- V; r0 X3 v+ y* ansys中依據(jù)缺省的收斂準則,程序?qū)Σ黄胶饬RSS與VALUE*TOLER的值進行比較;而VALUE的缺省值是在SRSS和MINREF中取較大值?,F(xiàn)假如TOLER的缺省值是0.1的話,這個準則是不是可以理解成后一次的SRSS是前一次的SRSS的01倍就收斂啦? / E1 T6 O& x. z5 L7 k p: x請指點 5 r3 q1 _f8 , t/ X9 P9 T& t7 M7 h$ ( r我是這樣理解的例如下面的命令流:convergence value 是收斂值,convergence norm是收斂準則。ansys可以用cnvtol命令,如: u# L5 V3 I$ F% Vcnvtol,f,5000,0.0005,0cnvtol,u,10,0.001,2其中f是指采用力結(jié)果,5000是收斂絕對值,0.0005是收斂系數(shù),0是收斂范數(shù)。9 A# Y. S8 i2 S如果不平衡力(獨立的檢查每一個自由度)小于等于5000*0.0005(也就是2.5),并且如果位移的變化小于等于10*0.001時,認為子步是收斂的。5 ; p2 B$ P& j$ Y- p8 C6 1 BANSYS中收斂準則,程序默認力與位移共同控制,并且收斂的控制系數(shù)好像是0.001。這樣的收斂精度一般很難使塑性分析收斂,對于一般的塑性分析收斂問題,前幾個荷載步(彈性階段)用力與位移共同控制,進入塑性后用力控制或位移控制,也可以先用力后用位移控制(位移控制比較容易收斂),至于控制系數(shù)取多少,自己根據(jù)需要逐步放大直至收斂!也有人建議最后用能量來控制收斂: A7 J+ E3 ) j0 f3 c* I( 收斂準則應該是指選取那種結(jié)果進行收斂判定,通常有三種選擇,分別是力(f),位移(u)、和能量。當然這三種形式可以單獨使用也可以聯(lián)合使用。收斂準則的另一層意思應該是選取什么范數(shù)形式(1、2、3范數(shù))。一般結(jié)構(gòu)通常都選取2范數(shù)格式。 2 ; G O. : K而收斂值只是收斂準則中的一部分,如cnvtol命令中的收斂絕對值與收斂系數(shù)的乘積就應該是你所指的收斂值(convergence value)ansys 使用收斂準則有L1,L2,L(無窮大)三個收斂準則。 & W( z5 6 a5 e t$ p. B

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