abaqus 收斂技巧的案例
使用Abaqus FEA解決不收斂的6個技巧
Abaqus還提供接觸穩(wěn)定功能，以幫助在接觸之前自動控制剛體在靜態(tài)問題中的運動。
這可以通過使用自動穩(wěn)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(wěn)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(yīng)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(yīng)用第6點中提到的解決不穩(wěn)定性的技術(shù)。
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(dǎo)致不切實際的結(jié)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(guī)聯(lián)系方式時，通常不會發(fā)生這種情況。
5）檢查物料定義
當材料的應(yīng)力在應(yīng)變增加時不增加（剛度不是正值）時，會發(fā)生收斂問題。當使用包含損壞的實驗數(shù)據(jù)來定義模型而不包含損壞模型時，可能會發(fā)生這種情況。檢查模型中的（最大）應(yīng)力和應(yīng)變，以查看是否預(yù)期會發(fā)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(wěn)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(wěn)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(yīng)變可以增加，但是應(yīng)力卻不能（完美的塑性）。在這種情況下，剛度為零。如果這發(fā)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(jīng)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(wěn)定性
不收斂的最常見原因可能是不穩(wěn)定。模型開發(fā)的原則之一是，模型不應(yīng)比描述感興趣的行為所必需的更為復(fù)雜。考慮到這一點，通過假設(shè)模型在過程緩慢時可以靜態(tài)運行來降低模型的復(fù)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 解決非線性分析不收斂的技巧
5、荷載步的設(shè)置直接影響到收斂。應(yīng)該注意以下幾點：
1、設(shè)置足夠大的荷載步（將MAXMIUM SUBSTEP=1000000），可以更容易收斂，避免發(fā)散的出現(xiàn)(nsub,nsbstp,nsbmx,nsbmn)；
2、設(shè)置足夠大的平衡迭代步數(shù)，默認為25，可以放大到很大(100)(eqit,eqit)；
3、將收斂準則調(diào)整，以位移控制時調(diào)整為0.05，以力控制為0.01(CNVTOL,lab,value,toler,norm,minref)。
4、對于線性單元和無中間節(jié)點的單元（SOLID65和SOLID45），關(guān)閉EXTRA DISPLACEMENTS OPTIONS（在OPTIONS中）。
5、對于CONCRETE材料，可以關(guān)閉壓碎功能，將CONCRETE中的單軸抗壓強度設(shè)置為-1(tadata,mat,shrcf-op,shrcf-cl,UntensSt,UnCompSt(-1))。
展開 接觸非線性技巧總結(jié):控制收斂性和精度的平衡
接觸非線性基本計算過程簡介
接觸非線性基本技巧總結(jié)
鏈接：如何從ANSYS軟件輸入和輸出方面有效提高非線性分析
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【有限元】案例講解結(jié)構(gòu)非線性仿真不收斂解決技巧
【有限元】案例講解結(jié)構(gòu)非線性仿真不收斂解決技巧
主要通過分析一個揚聲器Kms(x)仿真不收斂的解決案例，來討論下有限元非線性計算時應(yīng)該注意的事項，以及非線性計算時求解器設(shè)置。供各位參考。
昨天一個朋友用comsol分析一款支片（彈波）的Kms（x）時，用最大位移5mm計算時，收到一個錯誤提示：“達到最大牛頓迭代次數(shù)”。只能計算到2mm。我花了點時間幫助他解決了一下。就以此為案例，解剖下麻雀。
Comsol復(fù)雜模型的默認網(wǎng)格劃分/默認求解能力和非線性的計算能力相比較與其他軟件如Ansys或者ABAQUS是存在一定差距的，所以網(wǎng)格和求解器在求解復(fù)雜非線性模型時需要根據(jù)有限元計算理論進行一定的手動調(diào)整。
首先介紹下，Kms(x)的仿真分析大致有兩種思路：1.給定一個力，然后計算位移，力/位移就是Kms。2.給定一個位移，然后計算其他剛性部件的反作用力，力/位移就是Kms。這兩種思路對應(yīng)的有限元軟件內(nèi)部算法也略有差異，不過一般使用專業(yè)軟件不需要考慮那么深。
以下討論的解決技巧不局限于comsol,對其他軟件進行非線性仿真時出現(xiàn)不收斂也是適用的。
我的解決思路是這樣的：
1. 檢查結(jié)果。支片在2mm時顯然未拉伸至最大，所以不是因為變形過大造成不收斂。
2. 檢查求解記錄。通過查看求解器的收斂曲線，發(fā)現(xiàn)未相對誤差經(jīng)過25次迭代之后未達到0.001，從而顯示不收斂。
3. 檢查參數(shù)。這個案例用的是給定一個位移，然后計算反作用力的方法。Comsol采用參數(shù)化掃描時，需要避開位移0點，否則Kms計算會出錯。所以位移設(shè)置修改為從-5.01mm計算到5mm。
4. 檢查物理場邊界/載荷設(shè)置。
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abaqus應(yīng)用之收斂篇 ￥1.66
<h1><strong>一、收斂的定義和重要性</strong></h1><h2><strong style="color: rgb(51, 51, 51);">1．收斂的多種含義</strong></h2><p>在有限元分析中，收斂具有多重意義。它包括網(wǎng)格收斂、時間積分精度和非線性程序收斂。</p><p><strong>l 網(wǎng)格收斂</strong>是指增加模型單元數(shù)量會使仿真解趨于解析解。對于線性和非線性問題都適用，AbaqUS 中使用 H 網(wǎng)格自適應(yīng)技術(shù)來輔助實現(xiàn)網(wǎng)格收斂。當進一步加密網(wǎng)格時，結(jié)果變化很小或不變時，可認為網(wǎng)格達到收斂。但也存在一些例外情況，如網(wǎng)格奇異解或材料損傷累積在模型特定區(qū)域的局部問題。</p><p><strong>l 時間積分精度</strong>則是針對具有物理時間尺度的瞬態(tài)問題，AbaqUS 提供用戶定義參數(shù)，以控制對相關(guān)方程的積分精度。</p><p><strong>l 非線性程序收斂</strong>是本文重點討論的內(nèi)容，要獲得精確解需要滿足網(wǎng)格收斂、瞬態(tài)問題的精確時間積分以及非線性求解過程收斂等條件。</p><h2><strong style="color: rgb(51, 51, 51);">2．收斂對分析結(jié)果的影響</strong></h2><p>收斂性直接關(guān)系到分析結(jié)果的準確性。如果模型不收斂，得到的結(jié)果可能毫無意義，甚至會誤導(dǎo)工程決策和學(xué)術(shù)研究。因此，理解和掌握 ABAQUS 中的收斂問題是正確使用該軟件進行有效分析的基礎(chǔ)。
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
ABAQUS提供式和隱式兩種求解類型，其中顯式計算方法是“有條件收斂的”，只需滿足增量步小于限值，大多數(shù)情況均能順利計算完成；而隱式計算方法，在非線性情況下極易出現(xiàn)不收斂的情況，比如：欠約束、接觸、材料塑性或失效、斷裂、屈曲失穩(wěn)等，都可能導(dǎo)致多次迭代不收斂，增量步大小一降再降，直到滿足終止條件而退出計算。作為老司機，使用了這么多年的軟件總有點心得吧，總結(jié)了五條經(jīng)驗，分享給大家：
一、ABAQUS的任務(wù)提交流程
了解ABAQUS的任務(wù)提交流程，也就是讓我們學(xué)會找錯！當我們點擊Submit后會有兩個處理階段：1）預(yù)處理；2）任務(wù)計算。
結(jié)合ABAQUS Job Monitor窗口進行講解，兩個階段的分界點位于Data File子頁面的內(nèi)容是否完成；也就是說，當出現(xiàn)Error，而Message File和Status File未激活（生成）時，表明還處于預(yù)處理階段，我們定義的模型一開始就存在問題，Errors子頁面都會一一列出，通常會有：信息不完整、材料參數(shù)不符合本構(gòu)模型、特殊定義之間沖突、關(guān)鍵字輸入問題等，我們只需逐個修改即可。
當順利進入任務(wù)計算階段后，窗口上方的表格將實時更新為Status File（jobName.sta）中的內(nèi)容，提示計算的進度，當后續(xù)再出現(xiàn)Error時，才可能是由于計算不收斂導(dǎo)致的錯誤。
二、收斂的基本條件
模型收斂是什么？很多初學(xué)者估計都不太清楚，從而提出一些奇奇怪怪的問題，比如：“我用彈性材料可以計算，換成復(fù)雜材料模型就計算不了，為什么？”。
展開 abaqus四點彎曲不收斂
Abaqus/Standard Analysis exited with an error - Please see the message file for possible error messages if the file exists.
Path based tracking is defined in contact pair (assembly__pickedsurf43,assembly_part-2-1_rigidsurface_). Path based tracking cannot be used with analytical rigid master surfaces, the state based tracking algorithm will be used instead.
Path based tracking is defined in contact pair (assembly__pickedsurf45,assembly_part-2-2_rigidsurface_). Path based tracking cannot be used with analytical rigid master surfaces, the state based tracking algorithm will be used instead.
Solver problem. Zero pivot when processing D.O.F. 1 of 1 nodes. The nodes have been identified in node set WarnNodeSolvProbZeroPiv_1_1_5_5_1.
展開 abaqus 復(fù)合材料接觸不收斂
abaqus 復(fù)合材料接觸不收斂
第二章 abaqus分析收斂準則
abaqus分析收斂準則（外文書籍翻譯）.pdf
原文書籍：Troubleshooting Finite-Element Modeling with Abaqus With Application in Structural Engineering Analysis by Raphael Jean Boulbes (z-lib.org)
第二章 abaqus分析收斂準則
2.1 收斂問題的癥狀
收斂問題是與工程設(shè)計相關(guān)的一個典型的分析問題，涉及撓度、位移、應(yīng)力、固有頻率、溫度分布等的預(yù)測。這些參數(shù)用于迭代材質(zhì)參數(shù)和/或幾何體以優(yōu)化其行為。傳統(tǒng)的方法，如手工計算，涉及理想化的物理模型使用簡單的方程來獲得解決方案。然而，這些近似使問題過于簡單化，而解析解只能提供保守估計?；蛘?，有限元法和其他數(shù)值方法旨在提供一個考慮到更多細節(jié)的工程分析，這對于手工計算是不實際的。有限元法將物體分割成小塊，使位移沿這些單元邊界連續(xù)。對于那些使用有限元分析的人，通常使用收斂項。大多數(shù)線性問題不需要迭代求解過程。網(wǎng)格收斂是一個重要問題另外，還有在迭代過程中也需要考慮收斂性。在本節(jié)中，將調(diào)查收斂性問題并解決與此術(shù)語相關(guān)的問題。首先，要識別大多數(shù)收斂問題的癥狀，可以在消息文件（.msg）擴展名中找到。此外，.dat和（.sta）文件也可能包含問題的癥狀。有一些共同的信息可能表明收斂問題在求解有限元模型時造成數(shù)值困難。
展開 Abaqus不收斂怎么辦？
這里推薦大家有能力的可以深入閱讀ABAQUS幫助文檔分析手冊（Analysis Solution and Control）的內(nèi)容,會對解決不收斂的問題有很大幫助。在2021版幫助文檔中入口如下圖所示
Abaqus中的求解類型分為顯示與隱士。顯示求解基于動力學(xué)方程，當前求解至于前一時刻的速度與位移有關(guān)，求解過程無需迭代，是有條件穩(wěn)定，無條件收斂；隱式求解則基于虛功原理，一般需要迭代計算，無條件穩(wěn)定，有條件收斂。
所以對于你提到的不收斂問題這里我就認為是針對隱式計算。
1.基礎(chǔ)不收斂問題
在模型計算報錯時，我們首先查看Job Monitor中的報錯信息，對于簡單的模型錯誤，例如材料、邊界、載荷定義錯誤、網(wǎng)格問題、關(guān)鍵字定義錯誤等都能在Job Monitor中直接看出。針對不同的問題針對修改就可以。這部分相信稍微有些經(jīng)驗的CAEer都能自行解決。
2.不收斂的本質(zhì)與進階解決方法
在接著講之前，我希望大家能夠了解模型收斂的本質(zhì)是什么？
對于線性系統(tǒng)來說，一般不存在收斂問題。模型不收斂一般都是由于幾何非線性、材料非線性、邊界非線性。
有限元求解的過程是根據(jù)外力與內(nèi)力平衡求解出各個節(jié)點的位移，根據(jù)位移再求解應(yīng)力、應(yīng)變等。對于非線性系統(tǒng)，載荷與位移的關(guān)系也通常是非線性的，如下圖所示。
我們的首要目的就是求解不同載荷下的位移。做法就是將一個完整求解過程細分為許多個小的過程。
這里就不得不提abaqus中的Step、increment與iterations。
這里舉一個例子，假如我們從冰箱里拿面包吃。
展開 ABAQUS-接觸分析中收斂問題的解決方法【轉(zhuǎn)載】
5、平穩(wěn)地建立接觸關(guān)系
如果在第一個分析步中就把全部載荷施加到模型上，使接觸狀態(tài)的發(fā)生劇烈改變，會有可能造成收斂的困難。因此一般應(yīng)首先定義一個只有很小載荷的分析步，讓接觸關(guān)系平穩(wěn)地建立起來，然后在下一個分析步中再施加真實的載荷。盡管這樣可能需要更多的分析步，但這減小了收斂的困難，會提高求解的效率。
6、細化網(wǎng)格
細化從面和主面的網(wǎng)格是解決收斂問題的一個重要方法。過于粗糙的網(wǎng)格會使ABAQUS難以確定接觸狀態(tài)，例如，如果在接觸面的寬度方向上只有一個單元，則常常會出現(xiàn)收斂問題。一般來說，如果從面上有90°的圓角，建議在此圓角處至少劃分10個單元。
7、使用一階單元
如果接觸屬性為默認的“硬”接觸，則不能使用六面體二次單元（ C3D20和C3D20R)，以及四面體二次單元（C3D10)，而應(yīng)盡可能使用六面體一階單元。如果無法劃分六面體單元網(wǎng)格，可以使用修正的四面體二次單元（C3D10M)。
8、正確定義主面和從面
1）選擇剛度較大、網(wǎng)格較粗的面作為主面。
2）主面在發(fā)生接觸的部位不要有尖角或大的凹角。
3）如果是有限滑移，則在整個分析過程中，都盡量不要讓從面節(jié)點落到主面之外。
4）如果主面和從面在幾何位置上沒有發(fā)生重疊，則一個面的法線應(yīng)指向另一個面所在的那一側(cè)(對于三維實體，法線應(yīng)該指向外側(cè))。
9、避免過約束
如果在節(jié)點的某個自由度上同時定義了兩個以上的約束條件，就會發(fā)生所謂“過約束”( overconstraint )?？赡茉斐蛇^約束的有以下主要因素。
1）接觸:從面節(jié)點會受到沿主面法線方向的約束。
2）邊界條件。
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Abaqus有限元分析不收斂該怎么辦？ 附ABAQUS非線性有限元分析實例下載
ABAQUS提供式和隱式兩種求解類型，其中顯式計算方法是“有條件收斂的”，只需滿足增量步小于限值，大多數(shù)情況均能順利計算完成；而隱式計算方法，在非線性情況下極易出現(xiàn)不收斂的情況，比如：欠約束、接觸、材料塑性或失效、斷裂、屈曲失穩(wěn)等，都可能導(dǎo)致多次迭代不收斂，增量步大小一降再降，直到滿足終止條件而退出計算。作為老司機，使用了這么多年的軟件總有點心得吧，總結(jié)了五條經(jīng)驗，分享給大家：
一、ABAQUS的任務(wù)提交流程
了解ABAQUS的任務(wù)提交流程，也就是讓我們學(xué)會找錯！當我們點擊Submit后會有兩個處理階段：1）預(yù)處理；2）任務(wù)計算。
結(jié)合ABAQUS Job Monitor窗口進行講解，兩個階段的分界點位于Data File子頁面的內(nèi)容是否完成；也就是說，當出現(xiàn)Error，而Message File和Status File未激活（生成）時，表明還處于預(yù)處理階段，我們定義的模型一開始就存在問題，Errors子頁面都會一一列出，通常會有：信息不完整、材料參數(shù)不符合本構(gòu)模型、特殊定義之間沖突、關(guān)鍵字輸入問題等，我們只需逐個修改即可。
當順利進入任務(wù)計算階段后，窗口上方的表格將實時更新為Status File（jobName.sta）中的內(nèi)容，提示計算的進度，當后續(xù)再出現(xiàn)Error時，才可能是由于計算不收斂導(dǎo)致的錯誤。
二、收斂的基本條件
模型收斂是什么？很多初學(xué)者估計都不太清楚，從而提出一些奇奇怪怪的問題，比如：“我用彈性材料可以計算，換成復(fù)雜材料模型就計算不了，為什么？”。
展開 ABAQUS彈塑性收斂問題
ABAQUS三維盾構(gòu)隧道，莫爾庫侖本構(gòu)。地應(yīng)力平衡分析出現(xiàn)以后結(jié)果不收斂：The plasticity/creep/connector friction algorithm did not converge at 129415 points 去掉塑性參數(shù)后就可以收斂。請教大神這是什么問題
[非線性]ABAQUS收斂調(diào)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(dǎo)致的不收斂。
接觸這件事，建模設(shè)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(diào)試。
Figure-0: 接觸屬性設(shè)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(wěn)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(jīng)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(jīng)驗，與大家分享。
P.S．基于經(jīng)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(shù)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不收斂的原因一
一般說來,Mohr-Coulomb相對難收斂些,因為它在主應(yīng)力空間的屈服面上存在尖角——因為在計算過程中需要對屈服函數(shù)求導(dǎo),而如果曲線不光滑,尖角處也就沒法求導(dǎo),向后歐拉算法也就沒法進行了。理論上基本是不能算的,但Abaqus內(nèi)部對尖角處進行了一定的處理,替代為光滑的函數(shù),這樣收斂性就得到了一定的保證,雖然還不夠好。而Drucker-Prager準則就較好地克服了這一點。因此,相對來說,建議考慮使用DP模型。尤其是ABAQUS中有非線性的DP模型,可以在一定程度上克服線性DP在剪拉區(qū)面積過大的情況,因此可以在一定程度上減小開挖卸載時土體的回彈。
一般材料相關(guān)的不收斂提示基本就是類似以下:
The plasticity/creep/connector friction algorithm did not converge at 364 points
碰到這個錯誤,一般直接原因就是材料應(yīng)變太大了,塑性計算迭代不收斂。但這并不意味著材料參數(shù)給得不合適或材料強度太弱,很有可能是你的接觸、約束、荷載或邊界出了問題,導(dǎo)致計算中出現(xiàn)的特別大的位移。或者是初始條件(如初始地應(yīng)力)出了問題,程序沒有計算,直接就報了這個錯誤。可以在下面位置看到計算不收斂的單元位置:
后處理 -> Tools->Job Diagnostics
不收斂需要單一調(diào)每個參數(shù)確定哪里有問題。
另外，在使用Soils分析步進行孔壓—應(yīng)力分析時:
a. 墻裂建議各位注意單位,應(yīng)力單位最好選擇kPa或MPa,不要用Pa,否則可能會遇到各種無腦錯誤提示。
b. 墻裂建議給定孔壓邊界,否則會遇到DOF. 8極大的情況(孔壓就是第8自由度)。
轉(zhuǎn)自公眾號——ABAQUS大世界
旨在分享，若侵即刪.
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