ANSYS分析類型與求解器控制選項(1)

進入求解層(/SOLU命令)后,應(yīng)先定義分析類型,惟一的命令如下:ANTYPE, Antype, Status, LDSTEP, SUBSTEP, Action

  Antype - 分析類型,缺省時為上一次指定的分析類型

      有如下一些分析類型選 項:
         =STATIC 或 0 (缺省):靜態(tài)分析,對所有自由度均有效;
         =BUCKLE 或1:屈曲分析,僅對結(jié)構(gòu)自由度有效
         =MODAL 或 2:模態(tài)分析,僅對結(jié)構(gòu)和流體自由度有效;
         =HARMIC 或 3:諧分析,僅對結(jié)構(gòu)、流體、磁場和電場自由度有效;
         =TRANS 或 4:瞬態(tài)分析,對所有自由度均有效;
         =SUBSTR 或 7:子結(jié)構(gòu)分析,對所有自由度均有效;
         =SPECTR 或 8:譜分析,僅對結(jié)構(gòu)自由度有效(已完成模態(tài)分析)。
         Status - 定義分析的狀態(tài),可選擇狀態(tài)有兩種:
         =NEW(缺省):新的分析,忽略其后的命令參數(shù)
         =REST:重啟動分析。
         LSDTEP,SUBSTEP,Action - 均為重啟動參數(shù)。

    在定義分析類型后,就需要設(shè)置求解控制選項,這些選項為獲得滿意結(jié)果有極大作用。盡管大多數(shù)情況下,程序已經(jīng)設(shè)置了通用或比較合理的缺省值,但有些情況下必須進行設(shè)置。不同的分析類型其求解控制選項不同。

一、 靜態(tài)分析求解控制選項

    靜態(tài)分析是ANSYS缺省的分析類型,該分析不考慮結(jié)構(gòu)的慣性和阻尼,但靜慣性力(如重力和離心力)和慣性釋放除外。
    靜態(tài)分析所能施加的荷載包括外荷載、靜慣性力、強迫位移、溫度荷載等。
    靜態(tài)分析求解選項有 4 大選項,其中每個大選項又包括多條選項。4 大選項為基本選項、求解器選項、非線性選項及高級 NL 選項。由于各個版本的 GUI 方式對話框不盡相同,為方便起見在內(nèi)容上不與任何版本的對話框一一對應(yīng)。

1.   分析選項
    包含大變形效應(yīng)(NLGEOM 命令)和預(yù)應(yīng)力效應(yīng)(PSTRES 命令)。

⑴   大變形效應(yīng)
    命令:NLGEOM, Key
    其中 Key 為大變形效應(yīng)參數(shù),其值可取:
        =OFF 或 0(缺省):忽略大變形效應(yīng),同時指定為小變形效應(yīng)。
        =ON 或 1:計入大變形(大轉(zhuǎn)動)效應(yīng),也可以是大應(yīng)變效應(yīng)。
    ANSYS 的幾何非線性包括大應(yīng)變效應(yīng)、大變形(也可稱為大轉(zhuǎn)動或大撓度)、應(yīng)力剛化及旋轉(zhuǎn)軟化效應(yīng)。大多數(shù)實體單元和部分殼單元支持大應(yīng)變效應(yīng);所有梁單元和大多數(shù)殼單元支持大變形(大轉(zhuǎn)動)效應(yīng),支持大應(yīng)變的單元都支持大變形效應(yīng)。
    ANSYS 計入大變形或大轉(zhuǎn)動效應(yīng)時是小應(yīng)變,且大變形分析時慣性荷載和集中荷載的方向不隨變形改變,但面荷載的方向則隨變形而改變(即隨動荷載)。
    NLGEOM 命令如在 /SOLU 層執(zhí)行,必須在第一個荷載步內(nèi)指定。

⑵   預(yù)應(yīng)力效應(yīng)
    命令:PSTRES, Key
    其中 Key 為預(yù)應(yīng)力效應(yīng)控制參數(shù),其值可取:
        =OFF 或 0(缺省):不計入預(yù)應(yīng)力效應(yīng);
        =ON 或 1:計入預(yù)應(yīng)力效應(yīng)。
    預(yù)應(yīng)力效應(yīng)(prestress effects)與土木工程中預(yù)應(yīng)力混凝土概念上是不同的,預(yù)應(yīng)力效應(yīng)是計算應(yīng)力剛度矩陣。在為屈曲分析、模態(tài)分析、完全法或縮減法的諧分析、縮減法的瞬態(tài)分析、子結(jié)構(gòu)分析等所作的靜態(tài)或瞬態(tài)分析中考慮預(yù)應(yīng)力效應(yīng)時,應(yīng)設(shè)置為 PSTRES,ON(激活預(yù)應(yīng)力效應(yīng))。
    PSTRES 命令如在 /SOLU 層執(zhí)行,必須在第一個荷載步內(nèi)指定。
    PSTRES 命令和 STIFF 命令不能被同時激活。

 

2.   時間
    命令:TIME, TIMEV
    其中參數(shù) TIMEV 為荷載步結(jié)束時的時間值。對第 1 荷載步,缺省時或 TIMEV=0 或 TIMEV 為空,則程序?qū)r間設(shè)置為 TIMEV=1.0;后續(xù)荷載步依次為:前一時間+1.0。
    該命令為各荷載步結(jié)束時設(shè)置一時間值(時間點),即用時間識別各個荷載步。
    對于與速率相關(guān)的分析,時間的單位應(yīng)與分析中所用的單位相同,并且要設(shè)置時間值。如果分析必須從 0.0 開始,則可設(shè)置 TIMEV=1E-6 或更小的值,而不能設(shè)置TIMEV=0.0。
    對于與速率無關(guān)的分析,時間可作為“計數(shù)器”使用,其值可為任意非零非負值,如其值可等于荷載值。此時時間僅僅用于識別各荷載步和子步,可在 /POST1 中使用 SET,LIST 命令得到時間、荷載步、子步及平衡迭代的列表。

 

3.   子步數(shù)和時間步長
    命令:NSUBST, NSBSTP, NSBMX, NSBMN, Carry
        NSBSTP - 當(dāng)前荷載步的子步數(shù)。如果使用了自動時間步(即 AUTOTS,ON)則該子步數(shù)僅用于第一子步,也即第一子步的荷載增量用 NSBSTP 求得,其余子步的荷載增量由程序自動確定。
        NSBMX - 當(dāng) AUTOTS 打開時,NSBMX 為最大子步數(shù)。
        NSBMN - 當(dāng) AUTOTS 打開時,NSBMN 為最小子步數(shù)。
        Carry - 時間步長繼承控制參數(shù),其值可取:
            =OFF:使用 NSBSTP 確定每個荷載步開始時的時間步長;
            =ON:如果 AUTOTS 打開,使用前一荷載步的最后時間步長作為該荷載步開始的時間步長。
    該命令中的 NSBSTP 參數(shù)用于確定在當(dāng)前荷載步內(nèi),每個子步(或時間步)荷載增量的大小(斜坡荷載,如為階躍荷載則一個子步到全值)。

    最小和最大子步數(shù)在采用自動時間步時,影響結(jié)果點的多少和收斂控制。例如問題容易收斂,程序會采用較小的子步數(shù)(時間步長大,荷載增量大)得到的結(jié)果點就少。如果問題收斂困難,程序會采用較大的子步數(shù)(時間步長小,荷載增量小),可得到較多的結(jié)果點;但是如果問題特別難以收斂,程序會采用最大子步數(shù)(最小時間步長)求解以獲得收斂結(jié)果,
    通過平衡迭代一定次數(shù)后(NEQIT 命令設(shè)置)仍然不能收斂,則程序判定為不收斂并結(jié)束求解。
    建議對該命令的各個參數(shù)都要設(shè)置,但是對于一類問題設(shè)置多大的數(shù)目是合適的呢?這點只能靠求解控制經(jīng)驗或試算確定。一般可采用缺省的設(shè)置選項,不能收斂時可不斷調(diào)整參數(shù)并逐步逼近收斂。上述不收斂是指在數(shù)值計算上,如果物理問題根本就是不收斂或已經(jīng)達到不收斂的程度,那么采用何種幫助收斂的措施都是無效的,例如鋼筋混凝土梁瀕臨破壞狀態(tài)時。
    與 NSUBST 命令互為替代的命令是 DELTIM 命令,其格式如下:
    命令:DELTIM, DTIME, DTMIN, DTMAX, Carry
        DTIME - 當(dāng)前荷載步的時間步長值。如果使用了自動時間步則為第一子步的時間步長。
        DTMIN,DTMAX - 當(dāng)采用自動時間步時的最小時間步長和最大時間步長。
        Carry - 意義同 NSUBST 命令。
    該命令與 NSUBST 命令的設(shè)置結(jié)果是一樣的,但參數(shù)是倒數(shù)關(guān)系。

4.   輸出控制
    參見 OUTRES 命令,需要注意程序缺省的最大輸出結(jié)果組數(shù)為 999 個結(jié)果組(包括所有荷載步和子步對應(yīng)的時間點),可采用 /CONFIG 改變該設(shè)置以輸出更多的結(jié)果組。

 

5.   自動時間步
    命令:AUTOTS, Key
        其中 Key 為自動時間步控制參數(shù)。
            如 Key=OFF 則不采用自動時間步;
            如 Key=ON 則采用自動時間步。
            缺省時,如 SOLCONTROL 打開則采用自動時間步,如 SOLCONTROL 關(guān)閉則不采用自動時間步。
    自動時間步技術(shù)(時間步長預(yù)測和時間步長對分)是在求解時,程序根據(jù)問題的荷載響應(yīng)計算每個子步結(jié)束時的最優(yōu)時間步長,以采用較少的資源獲得有效解。在非線性靜態(tài)或瞬態(tài)分析中,自動時間步確定了子步之間荷載增量的大小。
    不能將自動時間步(AUTOTS)、線性搜索(LNSRCH)、DOF 結(jié)果預(yù)測(PRED)與弧長法一起使用,否則會給出警告信息并使得自動時間步、線性搜索和結(jié)果預(yù)測設(shè)置失效。

 

6.   求解器選擇
    命令:EQSLV, Lab, TOLER, MULT
        Lab - 方程求解器類型,其值可取求解方法。
        TOLER - 具有對稱矩陣靜態(tài)分析時的誤差,缺省值 1.0E-8。具有非對稱矩陣靜態(tài)分析或諧分析或 DDS 求解器的誤差,缺省值 1.0E-6。在大多數(shù)情況下,誤差值可以使用 1.0E-5。對于 DDS 求解器如果 TOLER 小于 1.0E-6 可能導(dǎo)致不收斂。因此當(dāng)缺省值難以收斂時,也可適當(dāng)調(diào)整求解器的誤差值。
        MULT - 僅適用于 PCG 求解器。在迭代收斂計算過程中,MULT 用來控制擬完成最大迭代次數(shù)的乘子, 當(dāng) SOLCONTROL  打開時缺省為2 . 0,當(dāng) SOLCONTROL 關(guān)閉時缺省為 1.0。最大迭代次數(shù)等于 MULT×自由度個數(shù),一般而言缺省的最大迭代次數(shù)對于收斂是足夠的,但對于病態(tài)矩陣,可適當(dāng)增大 MULT 以求收斂。建議 MULT 值的范圍在 1.0~3.0 之間,當(dāng)大于 3.0 時對于幫助收斂已無多大意義,如果在 1.0~3.0 之間不能收斂,則只好檢查模型或其它選項了。
    執(zhí)行 EQSLV,-1 則由程序自動選擇求解器,一般的用戶無需選擇求解器。

    主要求解器的簡單說明見下表:

            ANSYS分析類型與求解器控制選項(1)的圖1

登錄后免費查看全文
立即登錄
App下載
技術(shù)鄰APP
工程師必備
  • 項目客服
  • 培訓(xùn)客服
  • 平臺客服

TOP

1
3
2