在做仿真時(shí)，有很多次會(huì)遇到一種Error（如下圖），尤其是在做非線性大應(yīng)變分析（橡膠），但是很多人對(duì)于這種問(wèn)題往往不知道如何下手解決，因此筆者做了一個(gè)案例，當(dāng)做拋磚引玉的引子吧。

從這個(gè)錯(cuò)誤的字面解釋來(lái)看，無(wú)非就是某個(gè)單元由于變形過(guò)大，導(dǎo)致網(wǎng)格損壞，從這個(gè)Error中已經(jīng)給出了相應(yīng)的解決方案：增加子步的數(shù)量（減少步長(zhǎng)）（使Load緩慢加載也就是增加子步數(shù)量）、提高網(wǎng)格的質(zhì)量、考慮一下材料、接觸等等。但是有時(shí)候我們按照提示修改了之后發(fā)現(xiàn)并不起作用，因此筆者通過(guò)一個(gè)橡膠壓縮的案例（參考Help中的Nonliear Adaptive Region案例）。

案例一：未使用U-P與自適應(yīng)網(wǎng)格技術(shù)

1.建立模型

注意：將上面的壓頭設(shè)置為剛體（Rigid），來(lái)減少計(jì)算量。

2.設(shè)置正方體材料為橡膠本構(gòu)

注意：此參數(shù)來(lái)源于《ANSYS Workbench有限元分析實(shí)例詳解（靜力學(xué)）》周炬、蘇金英著

3.設(shè)置接觸

4.網(wǎng)格劃分

注意：網(wǎng)格劃分采用系統(tǒng)默認(rèn)，由于后續(xù)將要使用自適應(yīng)網(wǎng)格技術(shù)（Nonlinear Adaptive Region），對(duì)于3D模型來(lái)說(shuō)，自適應(yīng)并不支持六面體網(wǎng)格，因此使用四面體網(wǎng)格控制技術(shù)。

5.邊界條件

注意：壓頭的上表面施加遠(yuǎn)端位移（Remote Displacement）向下移動(dòng)8mm，其他5個(gè)自由度均設(shè)置為0（對(duì)于剛體施加位移也可以通過(guò)joint中的移動(dòng)副），正方形底面設(shè)置固定約束（Fixed Support），正方形兩側(cè)面設(shè)置無(wú)摩擦約束（Frictionless Support），目的是為了約束正方體在被壓縮的時(shí)候，兩側(cè)面不發(fā)生向外變形。如果不理解無(wú)摩擦變形，很簡(jiǎn)單通俗的解釋就是所施加的面在法向不分離，切向可滑移。

    

6.分析設(shè)置

注意：子步的設(shè)置之前的幾篇文章就已經(jīng)講過(guò)，子步可以設(shè)置大，但不能無(wú)限大，本例最大設(shè)置為10000，讀者可以通過(guò)使用不同的Max Substep對(duì)比一下對(duì)收斂情況的影響。對(duì)于超彈性本構(gòu)必須打開(kāi)大變形開(kāi)關(guān)，否則無(wú)法計(jì)算。

7.求解

注意：求解至0.57484s時(shí)候，出現(xiàn)不收斂情況，也可以考慮打開(kāi)重啟動(dòng)，打開(kāi)方式如下圖所示，然后當(dāng)不收斂情況出現(xiàn)時(shí)，在分析設(shè)置中選擇要重啟的子步，然后打開(kāi)穩(wěn)定性開(kāi)關(guān)，設(shè)置如圖所示，點(diǎn)擊Solve繼續(xù)求解，一般情況下，重啟動(dòng)對(duì)收斂幫助很大，但是遇到較強(qiáng)的非線性，重啟動(dòng)有時(shí)也作用不大。

注意：重啟點(diǎn)需要往前移幾個(gè)子步，比如在第83個(gè)子步處不收斂了，重啟點(diǎn)不能設(shè)置在從子步83處重啟，必須設(shè)置為83的前移數(shù)字，比如80、78等等，否則也無(wú)法收斂。

注意：當(dāng)使用重啟動(dòng)功能時(shí)，再次點(diǎn)擊Solve，軟件會(huì)根據(jù)設(shè)定的重啟點(diǎn)開(kāi)始接著上回的計(jì)算繼續(xù)，這不僅是節(jié)約時(shí)間的辦法，也是幫助收斂的功能之一。

8.查看不收斂前的變形情況

此上案例是設(shè)定橡膠參數(shù)，通過(guò)壓頭下壓來(lái)使得正方體變形，但是由于大變形問(wèn)題，因此存在不收斂問(wèn)題，計(jì)算至0.57484s，計(jì)算自動(dòng)終止。

案例二：通過(guò)調(diào)用U-P（雜交單元）解決橡膠的大應(yīng)變問(wèn)題

由于橡膠表現(xiàn)為不可壓縮性，泊松比近似為0.5，易發(fā)生體積自鎖，因此需要使用U-P單元技術(shù)來(lái)解除體積自鎖。

在正方體的Body下插入一條command：Keyopt，matid，6,1代表的是打開(kāi)U-P雜交單元選項(xiàng)。

注意：本例與上一個(gè)案例唯一不同點(diǎn)就是打開(kāi)了U-P雜交單元，其余分析設(shè)置、接觸、材料與邊界條件完全一致。

1.求解

從圖中可以看出，當(dāng)使用U-P雜交單元技術(shù)時(shí)，求解至0.72917s不收斂，相比于不使用U-P單技術(shù)更容易收斂，針對(duì)體積自鎖（讀者自行百度），如果不使用U-P雜交的話(huà)，只有較小的位移才能收斂，如果定義了U-P雜交單元仍然不能收斂，可以在求解欄插入一條Command：Solc,,,,vtol  !vtol為體積容差值，與U-P單元對(duì)應(yīng)使用，其取值范圍是0≤vtol≤1，默認(rèn)為1e-5，推薦為1e-5≤vtol≤1e-2。

案例三：通過(guò)調(diào)用U-P（雜交單元）+Nonlinear Adaptive Region解決橡膠大變形

   兩個(gè)案例對(duì)于橡膠問(wèn)題還是收斂不了，因此在16.0的版本增加了新功能，自適應(yīng)網(wǎng)格，這個(gè)技術(shù)對(duì)于解決網(wǎng)格損壞很有幫助，并且能提高計(jì)算精度，但是局限性也很多，其中主要分為三種準(zhǔn)則：energy、box、mesh，這三種對(duì)于2D、3D的分析時(shí)，名稱(chēng)似乎不太一致，也有position。

與案例二一樣，插入了U-P雜交單元，然后再插入了Nonlinear Adaptive Region，如下圖所示：

注意：這個(gè)功能為16.0以后的新功能，因此15.0之前只能進(jìn)行Rezone的網(wǎng)格，這項(xiàng)功能可以在help中查看，筆者未研究過(guò)，記得大概是通過(guò)插入命令流，然后定義網(wǎng)格重新分區(qū)的參數(shù)。

Mesh Nonlinear Adaptivity的計(jì)算原理如下圖所示：

1.設(shè)置自適應(yīng)網(wǎng)格參數(shù)

注意：Skewness指的是傾斜度，范圍0<Skewness<1,0為最好，1為最差，當(dāng)傾斜度超過(guò)0.9的時(shí)候，就是激活網(wǎng)格自適應(yīng)選項(xiàng)進(jìn)行Remesh，Check At可以設(shè)置為奇異復(fù)發(fā)率與等距點(diǎn)，讀者可以自行嘗試設(shè)置。

2.求解

結(jié)論：求解完成，通過(guò)了8次Remesh，進(jìn)行網(wǎng)格調(diào)整，最終有效避免了網(wǎng)格損壞的問(wèn)題，為以后非線性大變形提供了解決思路。

Remesh的Gif：

  另外給你們分享一個(gè)關(guān)于自適應(yīng)網(wǎng)格的官方資料，有興趣的讀者可以研究研究，這個(gè)技術(shù)挺有意思。

案例源文件模型：

鏈接：https://pan.baidu.com/s/1Yck1Zr6RgPh-DRuW1fJHSg 

提取碼：rpvr 

自適應(yīng)網(wǎng)格官方文檔：

鏈接：https://pan.baidu.com/s/187UUKAqEwP2H2PmPd8BT2Q 

提取碼：g98x 

作者： 小鯨魚(yú)的小鯨魚(yú)  

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