ABAQUS分析步的一些基本概念

    模擬計算的加載過程包含單個或多個步驟,所以要定義分析步。它一般包含分析過程選擇、載荷選擇、輸出要求選擇。且每個分析步均可采用不同的載荷、邊界條件、分析過程和輸出要求。例如在模擬蠕變成型時,涉及到典型的三個過程,分別是壓縮、壓縮狀態保持一定的時間、卸載,針對該過程需要定義三個分析步,分別模擬上述三個過程。

    增量步是分析步的一部分。在非線性分析中,一個分析步中施加的總載荷被分解為許多小的增量,這樣就可以按照非線性求解步驟來進行計算。當提出初始增量的大小后,ABAQUS會自動選擇后繼的增量大小。每個增量步結束時,結構處于(近似)平衡狀態,結果可以寫入輸出數據庫文件、重啟動文件、數據文件或結果文件中。選擇某一增量步的計算結果寫入輸出數據庫文件的數據稱為幀。迭代步是在一增量步中找到平衡解的一種嘗試。如果模型在迭代結束時不是處于平衡狀態,ABAQUS將進行另一輪迭代。隨著每一次迭代,ABAQUS得到的解將更接近平衡狀態;有時ABAQUS需要進行許多次迭代才能得到一平衡解。當平衡解得到以后一個增量步才完成,即結果只能在一個增量步的末尾才能獲得。

    ABAQUS/Standard對于非線性問題的求解采用的是Newton-Raphson算法來實現。通過對每一個分析步下的增量步進行多次迭代,來使每個增量步達到收斂,進而得到該分析步下的收斂解。在迭代的過程中,ABAQUS會根據收斂情況,自動地對增量步進行擴大或折減。具體過程如下:
  如果一個增量步在16次迭代之內獲得了收斂解,則成功結束當前的增量步,并開始求解下一個增量步。如果兩個連續的增量步都在5次迭代之內就獲得了收斂解,ABAQUS/Standard自動將下一個增量步增大為當前增量步的150%。這個過程叫做增量步的“擴大”。如果一個增量步經過16次迭代仍沒有獲得收斂解,或者計算結果是發散的,ABAQUS/Standard會將增量步減小為當前增量步的25%,重新開始迭代嘗試,此過程稱為“折減”。當折減次數超過5次,那么就會出現我們經常遇到的錯誤信息:***ERROR: TOO MANY ATTEMPTS MADE FOR THIS INCREMENT: ANALYSIS TERMINATED。造成這樣的問題往往是因為模型的本身有問題,例如存在剛體位移、過約束、接觸或者塑性材料定義不當、網格過于粗糙或過于細化等。
  在分析一個非線性問題前,一般都要對最大增量步的數目、初始增量步、最大和最小增量步進行適當的設定,來保證求解的順利進行。這些參數的具體設置方法如下:
  (1)初始增量步:對于很容易收斂的問題,一般設定為1即可;對于難以收斂的非線性問題,需減小初始增量步,如將分析步時間乘以0.1或0.01(這個需根據問題的具體情況決定)。
  (2)最小增量步:一般采用默認值(1e-5),對于非常復雜的非線性問題,可以再將其減小1到2個數量級。
  (3)最大增量步:一般采用默認值,因為它對模型是否收斂并沒有影響。
    (4)最大增量步數目:默認為100,對于復雜的非線性分析,需要的增量步數往往大于100,所以應當把這些參數設置的盡量大一些。

     在道路工程中常用的類型有:

    (1)耦合溫‐位移場分析(couple temp‐displacement): 可用于瀝青道路結構的車轍分析; 

    (2)動態顯示分析(Dynamic, Explicit): 可用于進行路面結構在移動荷載作用下的響應分析;

    (3)動態顯示溫度位移場耦合分析(Dynamic, temp‐disp, Explicit): 可用于進行瀝青結構在移動荷載下的車轍分析;

    (4)地應力分析(Geostatic): 進行軟土地固結和滲流分析;

    (5)靜態通用分析(static, General): 一般的靜力分析;

    (6)黏彈性和蠕變分析(Visco): 可進行瀝青混合料的蠕變分析。

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