ANSYS非线性基础培训手册_Basic3

TrainingManual第三章求解BasicStructuralNonlinearities11.0TrainingManual3.求解非线性求解的特点:•非线性分析的最主要困难和工作是求解过程.–求解设置中,必须做出对收敛有影响的重大决定.•克服收敛困难需要相当多的时间.–非线性分析所需的时间(CPU时间)大部分耗费在求解中.BasicStructuralNonlinearities11.0TrainingManual…求解•本章通过以下主题介绍非线性求解过程:A.基本概念B.自动求解控制C.结果文件选项D.求解选项E.非线性选项F.高级非线性选项G.瞬态选项•目的是理解如何通过利用求解控制对话框中的选项获得收敛解.另外,一些不常用的选项在高级结构非线性培训手册中讨论.BasicStructuralNonlinearities11.0TrainingManual求解A.基本概念•在详细讨论如何求非线性解之前,先介绍非线性求解是如何组织与管理基本概念.–基本组织:载荷步,子步及平衡迭代.–基本管理:时间和时间步控制.BasicStructuralNonlinearities11.0TrainingManual求解...基本概念•非线性求解按下列三个层次组织:–载荷步是顶层,由用户定义的载荷变化.“常值”载荷在载荷步内线性变化.–子步是载荷步内由程序定义的载荷增量.–平衡迭代是子步内获得收敛的修正解.两个载荷步求解“时间”载荷载荷步2载荷步1子步BasicStructuralNonlinearities11.0TrainingManual求解...基本概念•ANSYS在载荷步内对所有子步线性插分载荷.•对简单的“常值”载荷必须用多个载荷步定义载荷历史.“时间”t1t2载荷t3t4L1L2L3L4LS1LS2LS3LS4BasicStructuralNonlinearities11.0TrainingManual求解...基本概念•理解对多个载荷步分析,ANSYS如何管理载荷历史:载荷t2“时间”t1载荷t1t2“时间”新施加的载荷在载荷步开始由零渐变至载荷步结束点的全值.对下一个载荷步,不变化的载荷将保持其值.BasicStructuralNonlinearities11.0TrainingManual求解...基本概念载荷“时间”t1t2重新定义载荷时,其值从前一载荷步结束点的值逐渐增加(缺省).删除载荷时,其效果是一步变为零.一般不建议这样做,因为会导致收敛失败.更好的建模习惯是在一个小的时间增量中将载荷渐变至零.载荷“时间”t1t2删除再施加载荷历史管理(续):BasicStructuralNonlinearities11.0TrainingManual求解...基本概念•每个载荷步和子步都与一个唯一的“时间”值相联系.–子步因此也称为时间步.•在所有的静态和瞬态分析中,不论它们是否真的与时间有关,“时间”都用作跟踪参数.–因此,对率无关的静态分析,“时间”可以是任意单位.“时间”是跟踪参数BasicStructuralNonlinearities11.0TrainingManual求解...基本概念•“时间”具有以下特点:–“时间”值被指定为每一载荷步的结束点.SolutionAnalysisTypeSol’nControl–每一子步都与一个唯一的“时间”值相联系.–“时间”必须大于零.–“时间”总是单调增.(时钟从不停止滴答响!)“时间·”载荷10.023.05.714.618.2BasicStructuralNonlinearities11.0TrainingManual求解...基本概念“时间”的特点(续)–对率相关或瞬态分析,“时间”单位必须是连续的、按顺序排列的.•代表性地如瞬时动态以秒、蠕变以小时为单位.–对率无关的静态分析,“时间”可以是任意单位的.•提示:为方便计,可设定“时间”等于施加的载荷.(若载荷是负的,用其绝对值.)•例如,若载荷步1所施加的载荷为-14,500,则指定“时间”在载荷步1的末端为14,500.•这样可使输出和结果更容易解释.–若不指定载荷步末端的时间,则每个载荷步末端的“时间”将缺省为载荷步数.•如在载荷步1末端,“时间”=1.0.BasicStructuralNonlinearities11.0TrainingManual求解...基本概念•时间增量-Dt控制载荷增量DF.DF=Dt*(F2-F1)/(t2-t1)•时间增量可由用户指定,也可由ANSYS自动预测和控制.•在载荷步内自动时间步算法对所有子步预测并控制时间增量(载荷增量).DF时间载荷F1F2Dtt1t2BasicStructuralNonlinearities11.0TrainingManual求解...基本概念•已经知道将载荷分解成增量,使初始点在收敛半径内,从而改善收敛.FuU初始F1•在求解过程中,自动时间步自动调节载荷增量大小(上和下).–收敛困难时减小增量,容易收敛时增大增量.•可以通过指定初始,最小和最大的时间增量控制调整范围时间载荷Dt最大Dt初始Dt最小BasicStructuralNonlinearities11.0TrainingManual求解...基本概念•“时间”和时间步控制正是非线性求解控制可用到的两项.•其它控制选项用于:–说明几何非线性.–管理非线性求解中产生的大量数据.–指定采用哪个方程求解器.–设置重启动控制.–定义收敛容差.–控制平衡方程的数目.–加强解收敛.–如果不收敛,控制程序行为.BasicStructuralNonlinearities11.0TrainingManual求解...基本概念•开始时,可用的非线性求解控制数目似乎多得无从下手•幸好,对大多数应用,一个非常简单的步骤就足够了….BasicStructuralNonlinearities11.0TrainingManual求解B.自动求解控制•自动求解控制缺省为激活状态.–提供全面、自动和智能的非线性工具设置来获得精确和有效的收敛解.–推荐步骤为首先用自动控制尝试求解.–若在合理时间内收敛,则无需试错法!»用户非线性应用的约70%无需试错方法.–若收敛慢或不收敛,则需要调整各种求解选项来加强收敛.BasicStructuralNonlinearities11.0TrainingManual求解...自动求解控制推荐步骤:•施加所有载荷和边界条件.•进入求解控制对话框的Basic标签:SolutionAnalysisTypeSol’nControl(Basic标签在顶部.)•首先,指定LargeDisplacement分析及适当的分析类型(Static或Transient).BasicStructuralNonlinearities11.0TrainingManual求解...自动求解控制•其次,指定初始、最小和最大时间增量.•通常用和时间增量逆相关的子步数来指定:Dt初始=(t终点–t起点)/N初始Dt最小=(t终点–t起点)/N最大Dt最大=(t终点–t起点)/N最小•记住对率无关的分析,载荷步末端的时间可缺省为载荷步数,或可指定其等于载荷.N初始N最大N最小BasicStructuralNonlinearities11.0TrainingManual求解...自动求解控制•如何指定N初始,N最大,和N最小的值呢？–“最佳”值和问题紧密相关.–缺省值随模型物理特性的不同而不同.实际采用的值在输出中反应:–缺省倾向于稳定性(容易收敛)而不是效率.上述情况中,时间增量可以小到载荷步总时间的1/200000.BasicStructuralNonlinearities11.0TrainingManual求解...自动求解控制•然后求解.自动求解控制定义所有其它的工具设置.•随着求解进行,可以看到一个曲线图显示迭代历史.–残差(力不平衡)为紫线.–力收敛准则为蓝线.–只要残差低于准则,则该子步收敛,并施加下一载荷增量.收敛D{F}BasicStructuralNonlinearities11.0TrainingManual求解...自动求解控制•求解过程产生三个重要的“反馈”文件.–错误文件(jobname.err).–监控文件(jobname.mntr).–输出文件(jobname.out).•在PC机上交互运行,输出不写入文件,而只是在输出窗口中滚动.•在PC机上,可以通过下列菜单操作将输出捕捉到文件中.UtilityMenuFileSwitchOutputtoFile•应该经常查看这些文件的内容.–作为验证的一部分.–学习如何改善收敛行为.•下面的练习中将介绍这些文件的内容BasicStructuralNonlinearities11.0TrainingManual求解...自动求解控制•根据求解跟踪曲线图或反馈文件,有时需要做出提前终止求解的决定.•有两种方法停止求解:–交互操作时,点击STOP按钮.–这样会在当前迭代终止时停止求解.BasicStructuralNonlinearities11.0TrainingManual求解...自动求解控制停止求解(续):–批处理方式运行时,产生“中断”文件,jobname.abt.•在工作目录下它必须是ASCII文件.•第一行包括非线性字样.•程序在每次迭代开始时搜索该文件.–若存在,在下次迭代开始前放弃求解.•能重启动由于STOP或jobname.abt而终止的求解.BasicStructuralNonlinearities11.0TrainingManual求解B.自动求解控制…练习请参考附加练习:•W2.自动求解控制–钓鱼杆BasicStructuralNonlinearities11.0TrainingManual求解...自动求解控制如果自动求解控制对所建模型不起作用怎么办?•尽管自动求解控制对所有用户应用的70％适用,但仍有模型不能给出收敛、有效的解.•在这些情况下,需要手工控制.最普遍使用的控制是求解控制对话框中所有可用的各种标签.•本章的后面将讨论求解控制对话框中可用的大多数求解控制:SolutionAnalysisTypeSol’nControlBasicStructuralNonlinearities11.0TrainingManual求解...自动求解控制•时间步大小是影响稳定性、精度和效率的最重要的求解参数.–一般地,较小的步长有下列作用:•改善收敛.•提高精度.•减少每一子步中平衡迭代的次数.•但–通常降低整体求解效率.•大多数情况下,在改变其它控制之前修改步长控制.–记住,增加子步数和减小时间步大小等效:Dt=(t终点–t起点)/NBasicStructuralNonlinearities11.0TrainingManual求解C.结果文件选项•缺省时,只将最后子步的所有的求解项目写入.rst文件.•可以改变结果数据的类型及所要写入数据的子步.–通过选择结果项的子集减少写入的数据.–写入更多的子步可以产生动画或结果历史曲线.•这些控制在求解控制对话框的Basic标签中可找到.BasicStructuralNonlinearities11.0TrainingManual求解C.结果文件选项…练习请参考附加练习:•W3.结果文件选项–钓鱼杆(第2部分)BasicStructuralNonlinearities11.0TrainingManual求解D.求解选项•求解控制对话框中的Sol’nOptions标签允许:–改变方程求解器.–设置重启动选项.BasicStructuralNonlinearities11.0TrainingManual求解...求解选项–求解器•对非线性分析,有三个可供选择的方程求解器–直接求解器(稀疏)•相对稳定和有效–迭代求解器(PCG)•更有效,但不稳定–波前求解器•更稳定,但效率低•缺省时,程序会针对所建模型的特点选择合适的求解器.这一选择记录在输出中.BasicStructura