提高ANSYS非線性求解收斂性能的一般方法總結

在采用ANSYS進行幾何非線性的求解過程中，如果采用系統的默認設置，有可能會因為參數的不合適而導致收斂困難。針對比較常見的非線性求解收斂困難，本文總結幾種比較常見的調整方法，僅做參考。

一、打開自動時間步(autots，on)

       ANSYS在所有靜態和瞬態分析中，使用時間作為跟蹤參數，而不論分析是否依賴于時間。當我們收斂困難時，一個非常重要的方法是打開自動時間步。打開自動時間步長往往需要一個比較小的最小時間步長(或者最大的步數，采用DELTIM或者NSUBST定義)。在進行非線性求解過程中，初始時間步長如果太小，自動時間分步算法可能使你的運行時間太長；相反地，使你的最小時間步長太大，可能導致不收斂。因此合理設置初始時間步長是非常重要的，一般可以根據試算確定。

       值得說明的是，當采用自動時間步長后，二分法會被自動激活。如果在一個太大時間步內收斂失敗，該特性能減半時間步，使得計算繼續。

二、Newton-Raphson 選項調整與自適應下降

       在非線性計算收斂困難時，可以調整程序默認的牛頓—拉普森選項。雖然一般情況下采用采用自動默認的選項會獲得最佳的收斂特性，但也不排除會遇到其他選擇會更有效的情況。合理使用自適應下降因子也能增加某些非線性單元的收斂情況。 

三、線性搜索

       線性搜索可以看為是對自適應下降的一個替代，兩者不應同時使用。線性搜索一般情況下能使得分析得到收斂，但隨之帶來的是求解速度的大幅度降低，特別是針對有材料非線性的情況，一般而言，當結構采用力加載或者剛度增長的薄膜等類似分析時，可以打開線性搜索，線性搜索打開命令為LNSRCH。

四、調整收斂準則

       ANSYS非線性收斂準則主要有四種，分別為力、位移、彎矩和轉角。在常用的分析中，以力作為控制加載時，可以使用殘余力的范數控制收斂；而在位移控制加載時，一般采用位移的范數控制收斂。比較常見的ANSYS非線性計算畫面如下：

FCRIT 代表的是力收斂準則；F L2是當前迭代力的收斂情況；U是位移，CRIT是收斂準則，L2是當前迭代位移收斂情況。可以通過CNVTOL命令來放寬收斂準則，程序默認收斂值為0.1%,一般情況下可根據實際工程修改，例如在對鋼筋混凝土的非線性分析中，一般可放寬至5%.

五、增加迭代次數、加大荷載子步

       ANSYS默認在每一荷載步計算中，最大的平衡迭代次數為25，如果在這平衡迭代次數之內不滿足收斂準則，而且自動步長是打開的，程序將使用二分法繼續計算，如果不是，將會終止分析過程，因此在實際計算中，如果發現收斂較為困難，可以適當增加平衡迭代次數的限值，以及加大荷載子步的數目。

六、采用弧長法

       針對實際情況，如果預料到結構在其加載的過程中，在某個地方會出現物理意義上的不穩定(也即是結構的荷載-位移曲線的斜率為0或者負值)，這時可以激活弧長法得到穩定的數值求解。在考慮大變形的幾何非線性求解中，該方法使用率較高。

七、修改單元劃分、減小單元尺寸

       結構單元的大小以及劃分方式直接影響到了結構非線性求解的收斂性性能，如果按照前述所有方法進行調整后，收斂性依然得不到較大改善，這時可考慮調整結構的單元大小重新劃分。減少不規則單元數目，針對于實體單元類型，盡量采用六面體單元。

       以上是ANSYS非線性求解過程中比較常用的調整收斂性的方法，有時候只需調整其中的一項就能得到結構的收斂解答，但更多情況下是要聯合各種方法進行調整。如何調整各個參數，上述內容只是根據本人的求解經驗簡單的提及，具體針對每個人而言，其調整思路以及方向皆不一樣。

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