接觸不收斂的案例
干貨 | 接觸非線性應用——解決ANSYS 接觸不收斂問題的方法
根據ANSYS的使用者反饋，針對非線性接觸問題上的求解，經常會有客戶出現不收斂的情況，在調試收斂性上花費大量的時間。本文主要針對ANSYS 接觸不收斂問題進行方法上的技巧總結，希望通過本文使大家在ANSYS軟件的使用上有更好的體驗。
ANSYS接觸不收斂的原因有非常多的原因，針對每一種不收斂問題，選擇正確的方法都能使不收斂問題解決變得容易起來。在使用軟件中，ANSYS接觸不收斂原因主要有下面這些原因：
1、接觸算法的不正確選擇；
2、遺漏了相關的接觸對；
3、物體之間接觸剛度過大；
4、求解的載荷步較少；
5、奇異；
6、結構發生了剛體位移；
7、結構發生振蕩現象；
下面針對這些原因的解決辦法進行詳細的講解：
1
接觸算法的選取原則
ANSYS內部大體上包括5種算法，Pure Penalty，Augmented Lagrange，MPC，Pure Lagrange，Beam。
展開 使用Abaqus FEA解決不收斂的6個技巧
Abaqus還提供接觸穩定功能，以幫助在接觸之前自動控制剛體在靜態問題中的運動。
這可以通過使用自動穩定在觸點控件中定義。必須指定在交互定義中使用接觸控件。通過自動穩定功能，當表面彼此靠近但不接觸時會施加阻尼，因此存在被加載部件位移的阻力，并且剛體運動不再可能。因為這是為了允許表面接觸，所以在應用阻尼的過程中，默認將阻尼降低到0。建議檢查粘性耗散是否太大，例如將ALLSD與ALLIE進行比較。也可以應用第6點中提到的解決不穩定性的技術。
接觸不收斂的另一個潛在原因是沒有為實際接觸的表面定義接觸，這可能導致不切實際的結果，非常大的變形和不收斂。自接觸例如可以容易地被忽略。當使用Abaqus強大的常規聯系方式時，通常不會發生這種情況。
5）檢查物料定義
當材料的應力在應變增加時不增加（剛度不是正值）時，會發生收斂問題。當使用包含損壞的實驗數據來定義模型而不包含損壞模型時，可能會發生這種情況。檢查模型中的（最大）應力和應變，以查看是否預期會發生損壞。
如果使用Abaqus用于超彈性模型的材料擬合選項，則材料的穩定性可能會受到限制。通過右鍵單擊材料并選擇“評估”，可以查看由Abaqus計算的穩定性極限。
當使用塑性材料模型并且載荷達到定義的曲線的末端時，Abaqus用一條水平線外推曲線：（塑性）應變可以增加，但是應力卻不能（完美的塑性）。在這種情況下，剛度為零。如果這發生在單個元素中，則仿真通常會毫無問題地運行。當模型的大部分經受完美的塑性處理時，可能會成為問題。這通常表明材料的負載太大。
6）包括阻尼以解決不穩定性
不收斂的最常見原因可能是不穩定。模型開發的原則之一是，模型不應比描述感興趣的行為所必需的更為復雜?？紤]到這一點，通過假設模型在過程緩慢時可以靜態運行來降低模型的復雜性似乎是合理的。但是，有趣的是，這種簡化會使模型更難求解。
展開 abaqus 復合材料接觸不收斂
abaqus 復合材料接觸不收斂
ABAQUS碟簧接觸問題，滯回，模型不收斂？
請問大神們，有會碟簧之間接觸怎么設置的嗎？
ABAQUS接觸收斂問題處理方法匯總
接觸分析真正加載之前，設置一個接觸步讓兩個面接觸上來，在這個步驟里面，接觸面的過盈小一點好，比如0.001.接下去再把作用與兩個接觸體的力及接觸方向的自由度放開。
2. 如果系統的載荷很多的話，將系統的載荷分做多步進行加載，一次性全上可能使系統無法在規定的迭代次數內收斂。所以根據需要分開，讓abaqus的內核慢慢消化去。少吃多餐在這邊好像也是成立的。
3. 系統有多個接觸的話，也最好如載荷一樣，分成幾個step讓他們接觸上。這樣的做法會讓你以后在模型的修改中更有方向性。
4. 模型還是不收斂的話，你可以看一下是在哪一步或者那個inc不收斂。對于第一步直接不收斂的話，如果模型是像我上面把載荷和接觸分成很多步建立的話，可以把載荷加載的順序換一下。如果你把第二個加載的載荷換到第一步以后，計算收斂了，那影響收斂的主要問題應該就是原來第一個加載或著接觸影響的。這種情況下面一般算到這個加載的時候還是不會收斂。這個時候可以考慮是否有什么其他辦法能夠使步驟的變化與上一步變動小一點，比如第一點里面提到，或者繼續把這個載荷細分呢？
5. 對于接觸分析不收斂的情況，可以自己看一下模型的接觸面。有時候是overclosure,這個時候在assemble里面將模型相對位置稍微移動下或者用接觸里面的那個adjust only to remove overclose,不過或一種方法會使你的網格扭曲變形。問題不大也是可以用的。有的時候是因為，模型中的兩個接觸面變成了一個點和一個面接觸，而點或者面中有一個位置并不是很穩定。這個時候就會出現了dividing,有時候求解無法成功。這時候可以看一下是不是能夠將模型該處稍微改一下呢？或者將該處的網格細化一下。
6. 模型實在是比較大的話，可以修改solver的設定，將迭代次數改大一點。
展開 有沒有大神分享一下接觸分析的教程，特別是遇到不收斂常用的解決方法。感謝！
有沒有大神分享一下接觸分析的教程，特別是遇到不收斂常用的解決方法。感謝！
非線性仿真之如何解決接觸仿真收斂問題
這次嘗試很快就收斂了，得到了如圖4所示的位移形狀。
圖 4 最終的變形形狀
檢查了接觸穿透情況，以確認降低后的接觸剛度沒有導致過度穿透。問題解決了！
事后看來，第一次嘗試時可以通過以下方法實現收斂：
a. 檢查間隙。
b. 緩慢施加載荷。
c. 降低接觸剛度以考慮彈簧的高幾何柔性。
其他改善收斂行為的方法：
實際的現實世界中涉及多個部件接觸的模型并不總是像我們的例子那樣簡單，可能需要其他方法來實現收斂。以下是一些額外的建議：
1）繪制剩余力：牛頓-拉夫森剩余力的高值通常表明導致不收斂的特定接觸對。
2）在接觸區域細化網格：這將使接觸壓力分布在更多的單元上，并增加接觸點的數量。相對較少的接觸點可能會導致非常高的接觸應力，從而導致單元過度變形和收斂困難。對于非線性材料，這尤其成問題。
3）使用基于曲面投影的接觸（又名——在 ANSYS 中檢測方法=來自接觸的節點投影法向）：這種方法通常會改善接觸壓力和牽引力的分布，特別是當配合接觸表面上的網格有很大差異時。它還往往在底層單元中提供更準確的應力解。
4）添加接觸穩定阻尼：這是在物體之間存在初始間隙的情況下，可用于消除剛體運動的另一種方法。這為手動將物體移動到接觸狀態、添加偏移量或使用“調整至接觸”選項提供了一種替代方法。雖然這些方法有效，但它們會通過有效地偏移接觸檢測點的位置來改變感知到的幾何形狀。另一方面，接觸穩定阻尼會抑制部件之間的相對運動，允許部件相對移動并消除間隙。
如果您仿真分析中碰到了接觸仿真計算不收斂問題，可以聯系討論。
展開 [非線性]ABAQUS收斂調整(1):接觸屬性
作者：羅元元 來源：CAETube講堂
大部分情況下我們所討論的非線性分析不收斂都來源于接觸問題導致的不收斂。
接觸這件事，建模設置上而言不外乎定義接觸對、定義接觸屬性等等（如下圖），初級選手容易輕視，不收斂的時候也不知該如何診斷，不知該如何去做有效調試。
Figure-0: 接觸屬性設置
實際上，接觸，在仿真分析中，絕對是個看似青銅實則王者級別的難題。
有一些通用的解決辦法，大家可以在幫助文件的Interaction → Contact Difficulties and Diagnostics中找到，例如初始接觸狀況、穿透、突然分離造成的局部不穩定等等，但是確實沒有一概而論的措施，更多的情況下準確的診斷以及有效的改善還是要依靠經驗的累積。
這里，有一些是筆者團隊在日常工作中所積累的一些小經驗，與大家分享。
P.S．基于經驗累積和理解，可能會有些偏差或錯誤，不足之處，還請大家指正
1. ‘軟’接觸
參考幫助文件Interaction → Contact Property Models → MechanicalContact properties Contactpressure-overclosure relationships → using “softened” contact relationship
在幫助文件中指出: 適用于接觸面有一方或者皆是單薄軟面的模擬，例如墊片、表面涂層等；在Abaqus/Standard中有時也采用’軟”接觸代替硬接觸來解決模擬中的數值收斂性問題。
那我們的問題是，這個‘有時’是指什么時候呢？
展開 Abaqus不收斂怎么辦？
下一次迭代計算遇上個步驟相同，最后還是通過判斷內力與外力的殘差與來判斷該次迭代是否收斂。
那么對于復雜難以收斂的模型，如果你調整其他參數發現毫無作用時，可以適當調整判斷迭代收斂的這兩個參數：與
具體入口為：Step->Other->Genreal Solution Controls->Filed Equations
還可以調整 以及 ，但是這里作者也沒有搞明白是和含義，希望大神不吝賜教。
還可以調整增量步（increment），其中 和 是重要的兩個參數。因材料非線性、幾何非線性、摩擦產生的非單調收斂需要增加；因復雜的材料本構模型而導致雅可矩陣非對稱引起的不收斂需要增加。
3.總結
最后總結一下
首先我們需要根據報錯內容排查不收斂的原因，很多時候不收斂都是由于模型本身的問題，例如：邊界約束不足、部件重復導入、材料屬性輸入錯誤、網格質量太差等等。
還有一些不收斂是由于復雜模型以及邊界條件造成的，例如模型涉及到接觸時發生不收斂(這里我寫了一篇文章，大家可以參考里面的接觸設置進行調整開車小王子：有限元學習日記?(Abaqus中的接觸詳解))，可以修改主從接觸面；讓從面網格更密；修改接觸參數；增加接觸阻尼。
上述方法都嘗試過后，可以試著調整默認的收斂參數。也就是上文提到的 。但是這里要謹慎，因為這很有可能影響最終計算結果的精度。
最最后，大家收藏了記得點贊、關注一下呀！碼字不易，謝謝大家了！
展開 ABAQUS隱式分析不收斂該怎么辦？
四、模型收斂控制的常用方法
排除由于模型設置問題導致的不收斂情況后，可以通過以下設置增加收斂性：
1）增量步控制：增大允許的最大增量步數量、減小允許的最小增量步大小、增加允許的不收斂增量步數量IA（參考第二部分內容）；
2）如果是由于材料軟化、失效導致的不收斂問題，可以嘗試改善網格質量、修改單元類型，如果還是不行，則在材料模型、單元類型或分析步中增加阻尼，阻尼設置看第五部分內容；
3）如果是接觸導致的不收斂，可以修改接觸類型、調整接觸參數，如果還不行則增加接觸阻尼；
4）上面三種調整后均無法收斂，則更換分析類型，采用Standard動力學或Explicit分析類型等。
五、萬能和萬惡的阻尼
說阻尼是萬能的，是因為它可以極大改善模型的收斂性，實現復雜非線性問題的收斂；說阻尼是萬惡的，因為它可以掩蓋一些模型錯誤，從而提供失真甚至不合理的結果，因此大家不能過分依賴它！
切記第四部分的不收斂處理流程，首先排查模型的自身問題，最后才引入阻尼。
阻尼的添加方式主要有四種：
①材料阻尼或自穩定系數，CDP模型中就有viscosity；部分損傷材料提供Stablization Cohesive系數；動力分析中可以定義Damping，但是對于靜力分析，材料Damping定義是無作用的；
②單元自穩定系數，不是所有單元都有的，其中Cohesive單元經常會定義上；
③自動穩定設置，類似全局阻尼，可以避免由于塑性絞/帶、屈曲或失穩導致的不收斂問題；
④接觸阻尼或自穩定系數，接觸屬性中可以定義阻尼；接觸控制中定義阻尼自穩定系數，不太常用，位于Interaction模塊->Contact Controls（接觸對）或Contact Stabilization（通用接觸），如果沒有接觸問題就不用定義。
展開 接觸靜力分析收斂的解決方案《案例》 ￥15
4、計算容易出現不收斂現象，通常計算到關鍵時候，由于無法繼續迭代，導致分析沒能繼續進行出現發散。
（1）
1、若主面為公扣，計算結果如下
（2）
2、替換主從面，計算結果如下
（3）
3、公扣從面為點，計算結果
（4）
4、母扣從面為點，計算結果為（1）
5、面接觸，小滑移方式能計算收斂，但是結果比較突兀。小滑移適合接觸面相對滑動較小的接觸類型，相對滑動在局部微小的區域，如螺栓連接盒過盈配合等，接觸面的接觸點關系基本保持不變，計算量小。
（5）
6、接觸區域網格細化1mm改為0.5mm，結果與（1）一致
7、打開自動穩定，指定阻尼因子（specify damping factor）0.0002，沿用細化網格模型，結果比較好點，但是還不能計算收斂
（6）
8、使用動力隱式計算求解，應用準靜態等其它均無法達到計算收斂。還包括接觸切向無摩擦。
那么，接下要如何去改善計算收斂？
展開 
接觸收斂問題
Too many attempts made for this increment
Abaqus/Standard Analysis exited with an error - Please see the message file for possible error messages if the file exists.
下面是警告的內容：
408 nodes may have incorrect normal definitions. The nodes have been identified in node set WarnNodeIncorrectNormal.
410 nodes may have incorrect normal definitions. The nodes have been identified in node set WarnNodeIncorrectNormal.
Not all the nodes that do not find intersection with the master surface are printed. However all of these nodes have been included in a node set.
73 nodes may have incorrect normal definitions. The nodes have been identified in node set WarnNodeIncorrectNormal.
The ratio of the maximum incremental adjustment to the average characteristic length is 1.45148e-02 at node 114 instance ld-1-lin
展開 Abaqus有限元分析不收斂該怎么辦？ 附Abaqus 分析用戶手冊材料卷文檔下載
三、不收斂的原因的排查過程
進入任務計算階段后：
1）如果最開始就出現1U至5U的不收斂問題，可能有以下原因：邊界條件約束不足（欠約束）、重復導入部件（導致欠約束）、初始荷載過大、初始應力導致的材料塑性（Geostatic分析步）、單位制未統一（間接導致剛度過小和荷載過大）等；
2）如果是隨著計算到中期或后期才出現不收斂情況，就需要根據已有的計算結果和模型情況進行判斷，不收斂原因主要有：材料軟化、失效、屈曲、接觸非線性、溫度（或其它場量）的驟變等；
3）隨著加載的進行，出現畸變單元而導致終止，這個一般不是收斂問題，而是無法計算單元剛度矩陣從而無法組裝整體剛度矩陣。通常需要網格重劃分獲得更好的網格質量、調整網格類型或采用其他大變形計算方法（ALE、CEL、SPH等）進行控制。
四、模型收斂控制的常用方法
排除由于模型設置問題導致的不收斂情況后，可以通過以下設置增加收斂性：
1）增量步控制：增大允許的最大增量步數量、減小允許的最小增量步大小、增加允許的不收斂增量步數量IA（參考第二部分內容）；
2）如果是由于材料軟化、失效導致的不收斂問題，可以嘗試改善網格質量、修改單元類型，如果還是不行，則在材料模型、單元類型或分析步中增加阻尼，阻尼設置看第五部分內容；
3）如果是接觸導致的不收斂，可以修改接觸類型、調整接觸參數，如果還不行則增加接觸阻尼；
4）上面三種調整后均無法收斂，則更換分析類型，采用Standard動力學或Explicit分析類型等。
展開 有限元：關于abaqus分析不收斂的幾個解決方法 附ABAQUS有限元分析實例詳解下載
接觸分析收斂不管怎么總還是一個很大的問題，而我們經常在一個地方卡了很長的時間，怎么也找不到解決和提高的辦法。
在我分析的過程當中，怎么找到模型中的影響收斂的關鍵問題所在也是一個很讓我迷茫了很長時間。下面談一下我個人的一些經驗和看法。如有錯誤還望大家指出，也希望大家給出自己更多的經驗分享。
abaqus的隱式求解的就是求算出一個很大的剛度矩陣的解，這個方程能否通過一次一次的迭代到最后達到一個系統默認的收斂準則標準的范圍之內，就決定了這一次計算能否收斂。因此要收斂的話，系統與上一個分析步的邊界條件區別越小的話，系統就越容易找到收斂解。針對這一點，我們可以得到下面的幾種方法來盡可能的使系統的方程的解盡可能的接近上一步，以達到收斂。下面的方法的指導思想是：盡可能小的模型，前后兩個分析步的改變盡可能的少。
1. 接觸分析真正加載之前，設置一個接觸步讓兩個面接觸上來，在這個步驟里面，接觸面的過盈小一點好，比如0.001.接下去再把作用與兩個接觸體的力及接觸方向的自由度放開。
2. 如果系統的載荷很多的話，將系統的載荷分做多步進行加載，一次性全上可能使系統無法在規定的迭代次數內收斂。所以根據需要分開，讓abaqus的內核慢慢消化去。少吃多餐在這邊好像也是成立的。
3. 系統有多個接觸的話，也最好如載荷一樣，分成幾個step讓他們接觸上。這樣的做法會讓你以后在模型的修改中更有方向性。
4. 模型還是不收斂的話，你可以看一下是在哪一步或者那個inc不收斂。對于第一步直接不收斂的話，如果模型是像我上面把載荷和接觸分成很多步建立的話，可以把載荷加載的順序換一下。如果你把第二個加載的載荷換到第一步以后，計算收斂了，那影響收斂的主要問題應該就是原來第一個加載或著接觸影響的。這種情況下面一般算到這個加載的時候還是不會收斂。
展開 ABAQUS收斂調整:特征邊的接觸
Surface to surface
Edge to surface
Edge to edge
Vertex to surface
Figure-2: 通用接觸
所以如上特征邊的接觸問題，就讓通用接觸來處理吧…
如上圖Figure-1所示的snap-fit案例，其主要接觸區域是邊對面的接觸（edge-to-surface contact）：
若僅僅定義兩個part間的面對面接觸（surface to surface contact），不收斂，后處理中可見特征邊對面的穿透……
接觸對設置
接觸狀況
Figure-3:接觸對模型及結果
改善此類接觸收斂問題，我們的建議方案為：
1.通用接觸方案
修改為接觸設置為通用接觸(General contact)，接觸屬性不變，考慮接觸分離時的不穩定狀況分析步中加入自動穩定，分析順利收斂，各階段接觸狀況如下圖：
Figure-4:各階段邊對面接觸狀況
2.接觸對方案
在Figure-3所示的面對面的接觸對外，再補充特征邊對面的接觸對，如下圖所示，分析也可順利收斂
Figure-5:邊對面的接觸對設置
來源：BasicSim
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