abaqus收斂控制的案例
ABAQUS收斂調整(3):位移控制加載還是力量控制?
初學者常常會得到這樣一條經驗建議:有些場合可以采用位移控制的方式（displacement-control）來替代力量控制(Load-control)的方式來改善收斂。
在我們的實際案例中，也確實常常會發現力量加載不收斂，換做位移控制就收斂了，為什么？哪種狀況適合采用使用位移加載代替力量加載的策略來提高收斂的順暢性呢？
請參考如下案例，此例為Abaqus自帶的典型案例分析中一個關于接觸穩定與載荷的平衡問題，10KN的張緊力作用在螺母上（對稱模型的半螺母5KN）來緊固輪轂輪邊：
Figure-1:輪轂輪邊的緊固接觸
初次求解，增量步長減小五次后仍無法求解，分析終止。
從job monitor中查看Message File或從工作目錄下打開相關job的.msg文件查看提示的Error信息，看到數值奇異的警告提示：
******************************************
***WARNING: SOLVER PROBLEM. NUMERICAL SINGULARITY WHEN PROCESSING NODE
HALFHUB-1.535 D.O.F. 1 RATIO = 115.819E+12 .
***WARNING: DISPLACEMENT INCREMENT FOR CONTACT IS TOO BIG.
***WARNING: DISPLACEMENT INCREMENT FOR CONTACT IS TOO BIG.
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初學者常常會得到這樣一條經驗建議:有些場合可以采用位移控制的方式（displacement-control）來替代力量控制(Load-control)的方式來改善收斂。
在我們的實際案例中，也確實常常會發現力量加載不收斂，換做位移控制就收斂了，為什么？哪種狀況適合采用使用位移加載代替力量加載的策略來提高收斂的順暢性呢？
請參考如下案例，此例為Abaqus自帶的典型案例分析中一個關于接觸穩定與載荷的平衡問題，10KN的張緊力作用在螺母上（對稱模型的半螺母5KN）來緊固輪轂輪邊：
Figure-1:輪轂輪邊的緊固接觸
初次求解，增量步長減小五次后仍無法求解，分析終止。
從job monitor中查看Message File或從工作目錄下打開相關job的.msg文件查看提示的Error信息，看到數值奇異的警告提示：
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***WARNING: SOLVER PROBLEM. NUMERICAL SINGULARITY WHEN PROCESSING NODE
HALFHUB-1.535 D.O.F. 1 RATIO = 115.819E+12 .
***WARNING: DISPLACEMENT INCREMENT FOR CONTACT IS TOO BIG.
***WARNING: DISPLACEMENT INCREMENT FOR CONTACT IS TOO BIG.
展開 CAE黑話：收斂性、殘差與計算控制
在非線性分析中，計算不收斂是所有工程師的噩夢。理解這幾個概念是調試模型的關鍵。
1?? 收斂性 (
Convergence
)
迭代計算中，數值解趨于真實解的過程。當力平衡誤差和位移增量減小到預設容差（Tolerance）以內，即認為該步收斂。不收斂通常意味著模型存在剛體位移、接觸設置沖突或材料極度非線性。
2??
殘差
(
Residual
Force)
這是衡量“不平衡力”的指標。數學上為 $P - I$（外部載荷減去內部抗力）。殘差越小，說明力平衡越精確。如果殘差始終震蕩且不下降，通常需要檢查載荷步或網格。
3?? 能量偏差 (Energy Error/Balance)
評估能量守恒的準則。在顯式動力學或偽靜態分析中，由于引入了人工阻尼或沙漏控制，必須監控“偽能 (Artificial Energy)”與“內能 (Internal Energy)”的比值。通常要求該偏差控制在5%以內，否則結果不可信。
4?? 增量步控制 (Increment Control)
非線性計算不是一次完成的，而是切分成多個增量步。自動步長算法會根據收斂的難易程度自動縮放。如果收斂困難，減小初始步長（Initial Increment）是保命手段。
展開 接觸非線性技巧總結:控制收斂性和精度的平衡
ANSYS分析設計人—專注壓力容器分析設計的交流平臺！學貴得師，更貴得友！共同學習，共同進步！
以下是筆者在學習過程中發現的一份講解非常不錯的關于接觸分析的資料，分享出來與大家一起學習和進步。
接觸非線性基本計算過程簡介
接觸非線性基本技巧總結
鏈接：如何從ANSYS軟件輸入和輸出方面有效提高非線性分析
請不吝點個在看！分享成就你我他！
在這里，我們愿與您一起，亦師亦友，共同學習，共同進步； 期待有志者的加入！
abaqus應用之收斂篇 ￥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。它包括網格收斂、時間積分精度和非線性程序收斂。</p><p><strong>l 網格收斂</strong>是指增加模型單元數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 網格自適應技術來輔助實現網格收斂。當進一步加密網格時，結果變化很小或不變時，可認為網格達到收斂。但也存在一些例外情況，如網格奇異解或材料損傷累積在模型特定區域的局部問題。</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問題，AbaqUS 提供用戶定義參數，以控制對相關方程的積分精度。</p><p><strong>l 非線性程序收斂</strong>是本文重點討論的內容，要獲得精確解需要滿足網格收斂、瞬態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．收斂對分析結果的影響</strong></h2><p>收斂性直接關系到分析結果的準確性。如果模型不收斂，得到的結果可能毫無意義，甚至會誤導工程決策和學術研究。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。
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
所以了解有限元基本原理是非常必要的，而要了解ABAQUS的求解機制，就需要看幫助文檔，個人認為：幫助文檔分析手冊第七章（Analysis Solution and Control）的內容，是進階的必修內容，然而前市面上除了王鷹宇先生的譯本，并沒有書籍進行過歸納和總結，還是感覺挺遺憾的。
求解的總體思路就是：整個任務分為多個階段（Steps）；每個階段分為若干個增量步（Increments）；一個增量步進行若干迭代（Iterations），上圖為二次迭代過程，而這個過程中cb=ub-ua需要小于一定限值，通過類似的多次迭代，外力P與內力I之間容差R小于給定限值，從而認為增量步達到收斂要求。
這些限制條件都有默認值，大多數情況下我們不需要進行修改，但對于一些特殊或難收斂的情況，可以適當進行調整：Step模塊下->Other菜單->General Solution Controls的Field Equations子頁面進行設置，不同的場量計算均有自己的一套場控制參數。
除了迭代步的限制控制，還會有增量步大小控制，其中一些在定義分析步時進行設置；更多的則位于General Solution Controls窗口中的Time Incrementation子頁面，其中I0和IR為迭代步次數限制，用于控制增量步變大或縮小；IA則為允許出現不收斂迭代的次數，對應Monitor窗口中的IU至5U，對于大多數非線性情況，5次是遠遠不夠的，需要增大。
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 復合材料接觸不收斂
abaqus 復合材料接觸不收斂
第二章 abaqus分析收斂準則
?收斂問題的原因在.msg、.dat、.odb和.sta文件中報告。
–不要限制寫入消息文件的數據。
–對于接觸問題，請訪問模型輸入文件“-.inp”，并使用關鍵字命令*PRINT，contact=YES在消息文件中獲取詳細的聯系人信息。2.3幫助Abaqus找到一個收斂解19–對于材料問題，使用*PRINT，plastity=YES獲得塑性算法未能在材料程序中收斂的元素和積分點編號的輸出。
–請求將其他附加信息寫入這些文件，以幫助查找收斂問題的根源。
–對于材料問題，使用*PRINT，plastity=YES獲得塑性算法未能在材料程序中收斂的元素和積分點編號的輸出。
–請求將其他附加信息寫入這些文件，以幫助查找收斂問題的根源。
2.4 通用工具
快速控制上述警告消息的全局概覽，可以為分析人員提供有關錯誤的合理猜測，并大致了解要采取的糾正措施。下面列出了修復數值問題所需執行的一些第一個邏輯操作：
1 最好使用位移控制而不是負載控制。例如，如果模型在純張力下加載，然后應用軸向位移值來模擬張力荷載，而不是使用集中力荷載，它將最小化因位移引起的收斂問題禁用對解的控制。迭代解將更穩定。在純彎曲荷載情況下，使用旋轉位移值而不是集中力矩荷載適用相同的建議。將所需的節點力和位移寫入.dat文件，然后使用（-x y data）功能提取數據，從而生成荷載與位移的（x-y）數據文件，以在Abaqus視圖中繪制。
2 控制增量大小，以防止Abaqus過于激進地接近突然的剛度變化。使用命令*STATIC設置初始增量大小、最小步長和最大步長。初始增量大小通常應在0.01–0.1范圍內，以緩慢開始分析（默認值為1.0）。可以減小最小步長以允許解算器進一步縮減，而（默認值=0.00001）可以減小最大步長以防止Abaqus過沖突然的剛度變化，并可以導致更有效的運行（無默認值）。
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方程，當前求解至于前一時刻的速度與位移有關，求解過程無需迭代，是有條件穩定，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、網格問題、關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驗的CAEer都能自行解決。
2.不收斂的本質與進階解決方法
在接著講之前，我希望大家能夠了解模型收斂的本質是什么？
對于線性系統來說，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外力與內力平衡求解出各個節點的位移，根據位移再求解應力、應變等。對于非線性系統，載荷與位移的關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
所以了解有限元基本原理是非常必要的，而要了解ABAQUS的求解機制，就需要看幫助文檔，個人認為：幫助文檔分析手冊第七章（Analysis Solution and Control）的內容，是進階的必修內容，然而前市面上除了王鷹宇先生的譯本，并沒有書籍進行過歸納和總結，還是感覺挺遺憾的。
求解的總體思路就是：整個任務分為多個階段（Steps）；每個階段分為若干個增量步（Increments）；一個增量步進行若干迭代（Iterations），上圖為二次迭代過程，而這個過程中cb=ub-ua需要小于一定限值，通過類似的多次迭代，外力P與內力I之間容差R小于給定限值，從而認為增量步達到收斂要求。
這些限制條件都有默認值，大多數情況下我們不需要進行修改，但對于一些特殊或難收斂的情況，可以適當進行調整：Step模塊下->Other菜單->General Solution Controls的Field Equations子頁面進行設置，不同的場量計算均有自己的一套場控制參數。
除了迭代步的限制控制，還會有增量步大小控制，其中一些在定義分析步時進行設置；更多的則位于General Solution Controls窗口中的Time Incrementation子頁面，其中I0和IR為迭代步次數限制，用于控制增量步變大或縮小；IA則為允許出現不收斂迭代的次數，對應Monitor窗口中的IU至5U，對于大多數非線性情況，5次是遠遠不夠的，需要增大。
展開 
ABAQUS-接觸分析中收斂問題的解決方法【轉載】
10、謹慎地定義摩擦
對摩擦的計算會增大收斂的難度,摩擦系數越大,就越不容易達到收斂。因此如果摩擦對分析結果影響不大(例如接觸面之間沒有大的滑動),可以嘗試令摩擦系數為0。但是盡量根據真實情況進行設置。
11．解決振顫問題
振顫是一種常見的收斂問題,可以考慮以下方面。
1)主面必須足夠大,保證從面節點不會滑出主面或落到主面的背面
2)使用自動過盈接觸限度
設置方法：
Interaction模塊,主菜單Interaction→Contact Controls →Create，然后點擊 Continue，選中 Automatic overclosure tolerance,再點擊OK。在Edit Interaction對話框中,將 Contact Controls設置為已定義的接觸控制名稱。
3）主面應足夠平滑，盡量使用解析剛性面，而不要用由單元構成的剛性面。
4）如果只有很少的從面節點和主面接觸，則應細化接觸面的網格，或將接觸屬性設置為“軟接觸”。
5）如果模型有較長的柔性部件，并且接觸壓力較小，則應將接觸屬性設置為“軟接觸”。
12．減小初始時間增量步
如果模型中有塑性材料，或分析過程中會發生很大的位移或局部變形，或施加載荷后會使接觸狀態發生很大的變化，則應在關鍵詞 *STATIC中設置較小的初始時間Initial增量步。
閱讀原文
展開 ABAQUS彈塑性收斂問題
ABAQUS三維盾構隧道，莫爾庫侖本構。地應力平衡分析出現以后結果不收斂：The plasticity/creep/connector friction algorithm did not converge at 129415 points 去掉塑性參數后就可以收斂。請教大神這是什么問題
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求導,而如果曲線不光滑,尖角處也就沒法求導,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內部對尖角處進行了一定的處理,替代為光滑的函數,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變太大了,塑性計算迭代不收斂。但這并不意味著材料參數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,導致計算中出現的特別大的位移。或者是初始條件(如初始地應力)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
不收斂需要單一調每個參數確定哪里有問題。
另外，在使用Soils分析步進行孔壓—應力分析時:
a. 墻裂建議各位注意單位,應力單位最好選擇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)。
轉自公眾號——ABAQUS大世界
旨在分享，若侵即刪.
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？
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