使用Abaqus FEA解決不收斂的6個技巧

1)檢查作業診斷。

打開odb并選擇工具>作業診斷。作業診斷會提供所有警告和錯誤,以及剩余和聯系信息。最有用的功能之一是在視口中選中高光復選框。

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在“警告”選項卡中,用戶可以看到數字奇異點和零樞軸的位置(如果適用),這可以使您了解導致這些警告的原因。

在殘差選項卡中,可以可視化殘差最大的節點。在此節點上尋找收斂困難的迭代,通常會顯示出引起問題的模型區域。這個地區有什么意外的事情嗎? 

在“接觸”選項卡中,可以查看最大接觸力誤差和最大穿透誤差的位置。如果聯系引起了問題,則可能會顯示在哪里。

2)注意警告信息。

查看發出警告的時間以及它是否可能指向問題。例如,如果求解器嘗試以較大的增量進行首次嘗試并給出與負特征值有關的警告,然后縮減時間增量并在下一個增量中獲得收斂而沒有任何困難或警告,則警告很可能是只是嘗試過大時間步長的結果。如果警告消息重復出現,并且重復出現削減現象,則可能表明存在穩定性問題(請參見第6點)。

一些警告是非常具體的,其他警告可能是由不同的根本原因引起的,需要更多的經驗來解決問題。

3)檢查邊界條件

不收斂的原因之一是邊界條件不足。邊界條件不合理會導致局部極端變形。模型也可以是受限的。在約束不足的情況下,并非所有的剛體運動都被抑制,從而導致一個或多個自由度為零的剛度,并且通常為零軸警告。過度約束也容易引起零軸警告。盡管Abaqus會檢查過度約束并嘗試解決它們,但并非總是可能的,例如,如果過度約束由于接觸而在一段時間后開始發生。建議檢查所有與過度約束有關的警告消息。不要以為Abaqus會正確解決過度約束,而是自己正確定義約束。也,

4)檢查聯系方式

接觸也是促成融合困難的主要因素。想一想,這并不奇怪,因為接觸的開始使力-位移關系不連續,這增加了用牛頓法尋找解決方案的難度。這就是為什么在接觸改變時Abaqus使用單獨的嚴重不連續迭代的原因。

接觸不收斂的一種可能來源是接觸的初始狀態。如果問題取決于觸點的穩定性,并且最初不存在觸點,則仿真可能會出現啟動困難。尤其是在使用載荷控制的情況下:基本上,載荷會施加到沒有剛度的物體上,并且會發生剛體運動。(最初)使用位移控制來確保發生接觸通常可以解決收斂問題。Abaqus還提供接觸穩定功能,以幫助在接觸之前自動控制剛體在靜態問題中的運動。

這可以通過使用自動穩定在觸點控件中定義。必須指定在交互定義中使用接觸控件。通過自動穩定功能,當表面彼此靠近但不接觸時會施加阻尼,因此存在被加載部件位移的阻力,并且剛體運動不再可能。因為這是為了允許表面接觸,所以在應用阻尼的過程中,默認將阻尼降低到0。建議檢查粘性耗散是否太大,例如將ALLSD與ALLIE進行比較。也可以應用第6點中提到的解決不穩定性的技術。

接觸不收斂的另一個潛在原因是沒有為實際接觸的表面定義接觸,這可能導致不切實際的結果,非常大的變形和不收斂。自接觸例如可以容易地被忽略。當使用Abaqus強大的常規聯系方式時,通常不會發生這種情況。

5)檢查物料定義

當材料的應力在應變增加時不增加(剛度不是正值)時,會發生收斂問題。當使用包含損壞的實驗數據來定義模型而不包含損壞模型時,可能會發生這種情況。檢查模型中的(最大)應力和應變,以查看是否預期會發生損壞。

如果使用Abaqus用于超彈性模型的材料擬合選項,則材料的穩定性可能會受到限制。通過右鍵單擊材料并選擇“評估”,可以查看由Abaqus計算的穩定性極限。  

當使用塑性材料模型并且載荷達到定義的曲線的末端時,Abaqus用一條水平線外推曲線:(塑性)應變可以增加,但是應力卻不能(完美的塑性)。在這種情況下,剛度為零。如果這發生在單個元素中,則仿真通常會毫無問題地運行。當模型的大部分經受完美的塑性處理時,可能會成為問題。這通常表明材料的負載太大。

6)包括阻尼以解決不穩定性

不收斂的最常見原因可能是不穩定。模型開發的原則之一是,模型不應比描述感興趣的行為所必需的更為復雜。考慮到這一點,通過假設模型在過程緩慢時可以靜態運行來降低模型的復雜性似乎是合理的。但是,有趣的是,這種簡化會使模型更難求解。通常,負載下材料的行為由牛頓第二定律描述:

F = mxa(力等于質量乘以加速度。)

如果假定為靜態行為,則加速度等于零,因此所有力的總和必須等于零:存在力平衡。當系統從一個平衡狀態轉移到下一平衡狀態并且所有狀態之間也處于平衡狀態時,靜態假設有效。但是,總是這樣嗎?

以兩個零件最初不接觸負載控制為例。為什么現實中可能出現這種情況?因為加載零件的初始位移將由其慣性決定。慣性(我們已經簡化的效果)實際上可以解決問題。包括某種慣性或阻尼效應通常可以幫助獲得收斂解。有幾種方法可以做到這一點。

在步驟定義中,可以選擇自動穩定,例如默認情況下指定耗散的能量分數。

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這會向模型中的所有節點施加與節點位移除以時間步長成比例的額外粘性力,這具有穩定作用。檢查粘性耗散是否不太大,例如將ALLSD與ALLIE進行比較。

一種替代方法是使用動態隱式step。可以選擇準靜態應用。

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這使用了Euler Backward方案,該方案具有基于實際質量的粘性效果。在這種情況下,解決了與時間有關的問題,因此時間范圍應該合理。檢查動能相對于內能是否較小。 

如果沒有任何效果?

嘗試顯式。盡管模擬可能會花費很長時間,但在某些極端非線性的情況下,使用Abaqus / Standard來獲得收斂的解決方案只是不現實的。使用Abaqus / Explicit,至少可以確定您不會出現任何收斂問題。

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