ANSYS求解過程中的迭代曲線圖應該怎么看

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上面這張圖,用過ANSYS的朋友一定都很熟悉吧,在開始求解到求解結(jié)束的整個漫長過程中,這幅圖都會陪伴我們度過每一秒。

那么,圖中的各個曲線分別代表了什么意思呢?下面來說一說

Time=1

這是時間標記,如果你的分析是多荷載步的,就會看到Time=1、2、3……如果在定義荷載步的過程中定義了時間的數(shù)值,那么這里就會按照用戶定義的時間顯示。時間很重要,可以在遇到程序意外錯誤的時候,通過時間數(shù)據(jù)找到“發(fā)生計算問題的時間點”以便于我們對模型的再修改。

橫軸: Cumulative Iteration Number / 累積迭代數(shù)

在非線性問題的求解過程中,程序利用求解器進行迭代計算來得到最終的解答。橫坐標的“數(shù)量”大小,和項目的非線性程度直接相關(guān),越接近線性問題,迭代數(shù)越少,非線性程度越高或遇到難以收斂的時候,迭代次數(shù)就會顯著增加。

縱軸: Absolute Convergence Norm / 絕對收斂范數(shù)

既然叫“范數(shù)”,聯(lián)想到我們在建模過程中輸入的各種數(shù)值都不是“范數(shù)”形式的,因此程序在求解過程中,在進行計算的同時,也把相應的變量進行了“規(guī)范化”處理,比如有時候會進行歸一化等等。對于我們來說,縱軸的坐標數(shù)值并不重要,重要的是曲線之前的相對位置關(guān)系。

重點來了

我們來看看曲線代表了什么意思

注意上面的曲線,體現(xiàn)的是F(Force,荷載)與M(Moment,彎矩)之間的關(guān)系,用這二者來繪圖,是因為在求解計算過程中,這二者在全部單元自由度中都有相關(guān)性。在有些分析中,還會出現(xiàn)溫度、位移等。

上圖中還可見的,是CRIT和L2標簽,CRIT是criteria的縮寫,指的是收斂判別準則;L2指的是L2級范數(shù),當然還有L0、L1級范數(shù),這里我們叫它為計算殘差。

在求解過程中,ANSYS在每荷載步的迭代中,進行收斂判別準則和計算殘差,計算殘差是所有單元內(nèi)力的范數(shù),只有當殘差小于準則時(在上圖中指的是L2<CRIT時),認為本荷載步非線性計算收斂,進行下一個荷載步。因此我們能看到L2曲線有許多峰值,這些上峰值就是荷載步開始的時候,隨后L2下降,向CRIT靠攏并最終交匯并小于CRIT,然后再出現(xiàn)上峰值,進行下一個荷載步。

至于看起來CRIT曲線在緩慢上升,可以這樣理解:分析由許多的荷載步組成,而在荷載步中,力同時也會被“分割”,例如力收斂準則設(shè)置為10000,荷載步有100個,則對于第一個荷載步而言,力的收斂絕對值就是10000/100=100,是總體力收斂絕對值的1/100,在隨后的“累積”計算過程中,向10000發(fā)展。

ANSYS的收斂準則,主要有力的收斂,位移的收斂,彎矩的收斂和轉(zhuǎn)角的收斂。其中位移收斂是基于力收斂的,換言之,力收斂算的是絕對值,位移收斂算的是相對值。因此,在結(jié)構(gòu)分析中,盡量使用力/力矩收斂準則,在用位移控制加載時才會優(yōu)先考慮用位移收斂準則。至于用什么收斂準則,可以用CNVTOL命令進行設(shè)置。

缺省的收斂準則,是模型全部自由度變量的平方和再開方(SRSS)*valuse(自定義的值),例如:

CNVTOL,F,10000,0.0001,2 意思是:采用力收斂準則,10000是力的收斂絕對值,0.0001為收斂系數(shù),力的收斂控制值為10000*0.0001=1,2為收斂2范數(shù)(L2,一般結(jié)構(gòu)問題通常采用L2)。

此外,非線性計算中用到的一個開關(guān)是SOLCONTROL,默認情況如下:

在solcontrol 為打開狀態(tài)時,對于力和力矩來說是默認值為0.005;對于沒有轉(zhuǎn)角自由度的DOF,其默認值為0.05。

在solcontrol 為關(guān)閉狀態(tài)時,對于力和力矩來說,其默認值為0.001。    默認情況下solcontrol 為打開狀態(tài),因此如果用戶完全采用默認的話,對于力和力矩來說是默認值為0.005;對于沒有轉(zhuǎn)角自由度的DOF,其默認值為0.05。

在監(jiān)測整個迭代過程中,如果發(fā)現(xiàn)曲線不正常,無法收斂,甚至有時候見到曲線“往回走”,就需要對本次分析進行調(diào)整了,措施包括:

  1. 調(diào)整荷載步,增加子步數(shù)量;

  2. 修改收斂準則。當采用力收斂準則時,發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)硬化,或相鄰兩次位移增量范數(shù)變化差異較大時,建議不實用位移收斂準則;當采用位移收斂準則,發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)軟化,或材料接近理想塑性時,建議不采用力收斂準則;

    收斂準側(cè)可以使用一個或同時使用多個,當只使用一個收斂準則,發(fā)現(xiàn)求解過程中上圖曲線發(fā)生很大的跳躍,則建議采用力和位移同時作為收斂準側(cè)。

  3. 檢查非線性設(shè)置(solcontrol命令);

  4. 重新劃分網(wǎng)格;

  5. 檢查模型的加載形式與邊界條件;

  6. 檢查模型的正確性。

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