ansys 平衡迭代
關(guān)注創(chuàng)建者：王靖雯 創(chuàng)建時(shí)間：2023-03-07
ansys 平衡迭代的實(shí)例教程
在使用ABAQSU隱式方法進(jìn)行非線性分析時(shí)，采用的是整體平衡迭代的方法。每一個(gè)增量步計(jì)算結(jié)束得出的結(jié)果只是一個(gè)無限接近解析解的結(jié)果，并不能得到精確解。因此要判斷某一個(gè)增量步是否完成了計(jì)算，需要判斷其結(jié)果增量是否滿足某個(gè)限制，當(dāng)結(jié)果增量滿足限制要求時(shí)，該增量步即可收斂。要完成每一個(gè)增量步的計(jì)算，有時(shí)需要進(jìn)行多個(gè)步驟的迭代才能達(dá)到收斂限值，如果一個(gè)迭代步的結(jié)果無法達(dá)到收斂限值，則增加迭代步繼續(xù)計(jì)算，直到達(dá)到限值要求。具體過程做如下分析。
1、通過軟件賦予部件材料本構(gòu)關(guān)系，從而得到材料曲線。
圖1 一個(gè)增量步中的迭代過程
2、根據(jù)初始增量步大小，得到初始增量荷載P0，根據(jù)材料本構(gòu)關(guān)系可以得到材料初始剛度K0。從而可以得到初始位移u0。
P0=K0u0
3、進(jìn)入第一個(gè)增量步，增量步大小發(fā)生變化，此時(shí)荷載增加了△P，變?yōu)镻1，利用初始剛度可以得出一個(gè)新的位置值u1。
P
1=K
0u
1
4、在根據(jù)材料本構(gòu)關(guān)系，可以得到材料產(chǎn)生的內(nèi)力I1。
I
1=K
1u
1
5、根據(jù)解析解，此時(shí)P1應(yīng)該與I1相等。但采用迭代計(jì)算，此時(shí)R1=P1-I1。產(chǎn)生了一個(gè)差值R1。
6、此時(shí)，需要判斷這個(gè)結(jié)果是否滿足要求。根據(jù)ABAQUS默認(rèn)判斷準(zhǔn)則，如果R1小于該整個(gè)時(shí)間段內(nèi)作用在結(jié)構(gòu)上的平均力的0.5%，則此次迭代的結(jié)果滿足要求。
7、當(dāng)判斷了力的限值以后，還需要判斷結(jié)果位移的限值。新的位移u1與初始u0有一個(gè)差值，定義為△u1=u1-u0。如果△u1小于位移增量的1%，則接受結(jié)果。
8、如果上述要求不滿足任意一項(xiàng)，則在該增量步中進(jìn)行第二次迭代。
展開 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(gè)漫長過程中，這幅圖都會(huì)陪伴我們度過每一秒。
那么，圖中的各個(gè)曲線分別代表了什么意思呢？下面來說一說
Time=1
這是時(shí)間標(biāo)記，如果你的分析是多荷載步的，就會(huì)看到Time=1、2、3……如果在定義荷載步的過程中定義了時(shí)間的數(shù)值，那么這里就會(huì)按照用戶定義的時(shí)間顯示。時(shí)間很重要，可以在遇到程序意外錯(cuò)誤的時(shí)候，通過時(shí)間數(shù)據(jù)找到“發(fā)生計(jì)算問題的時(shí)間點(diǎn)”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(jìn)行迭代計(jì)算來得到最終的解答。橫坐標(biāo)的“數(shù)量”大小，和項(xiàng)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(shí)候，迭代次數(shù)就會(huì)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(jìn)行計(jì)算的同時(shí)，也把相應(yīng)的變量進(jìn)行了“規(guī)范化”處理，比如有時(shí)候會(huì)進(jìn)行歸一化等等。對于我們來說，縱軸的坐標(biāo)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(diǎn)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?yàn)樵谇蠼庥?jì)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(huì)出現(xiàn)溫度、位移等。
上圖中還可見的，是CRIT和L2標(biāo)簽，CRIT是criteria的縮寫，指的是收斂判別準(zhǔn)則；L2指的是L2級范數(shù)，當(dāng)然還有L0、L1級范數(shù)，這里我們叫它為計(jì)算殘差。
展開 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(gè)漫長過程中，這幅圖都會(huì)陪伴我們度過每一秒。
那么，圖中的各個(gè)曲線分別代表了什么意思呢？下面來說一說
Time=1
這是時(shí)間標(biāo)記，如果你的分析是多荷載步的，就會(huì)看到Time=1、2、3……如果在定義荷載步的過程中定義了時(shí)間的數(shù)值，那么這里就會(huì)按照用戶定義的時(shí)間顯示。時(shí)間很重要，可以在遇到程序意外錯(cuò)誤的時(shí)候，通過時(shí)間數(shù)據(jù)找到“發(fā)生計(jì)算問題的時(shí)間點(diǎn)”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(jìn)行迭代計(jì)算來得到最終的解答。橫坐標(biāo)的“數(shù)量”大小，和項(xiàng)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(shí)候，迭代次數(shù)就會(huì)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(jìn)行計(jì)算的同時(shí)，也把相應(yīng)的變量進(jìn)行了“規(guī)范化”處理，比如有時(shí)候會(huì)進(jìn)行歸一化等等。對于我們來說，縱軸的坐標(biāo)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(diǎn)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?yàn)樵谇蠼庥?jì)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(huì)出現(xiàn)溫度、位移等。
上圖中還可見的，是CRIT和L2標(biāo)簽，CRIT是criteria的縮寫，指的是收斂判別準(zhǔn)則；L2指的是L2級范數(shù)，當(dāng)然還有L0、L1級范數(shù)，這里我們叫它為計(jì)算殘差。
展開 “Ansys 2025 全球仿真大會(huì)”仿真應(yīng)用大賽優(yōu)秀作品展示
本屆仿真應(yīng)用大賽最終評選出 30 篇 TOP 優(yōu)秀作品，分別榮獲一、二、三等獎(jiǎng)及行業(yè)最佳實(shí)踐獎(jiǎng)。近 200 位來自汽車、半導(dǎo)體、高科技、能源等行業(yè)的仿真精英參賽，他們以前沿思維與創(chuàng)新實(shí)踐，充分展現(xiàn)了仿真技術(shù)的無限潛能。我們將陸續(xù)為大家分享獲獎(jiǎng)佳作，帶您一同領(lǐng)略仿真賦能創(chuàng)新的非凡力量，希望用戶能從中汲取靈感、啟迪思路。
作品名稱：Ansys Rocky 耦合 Ansys Motion 在洗衣機(jī)平衡環(huán)研發(fā)中的應(yīng)用
作者： 李辰 | 小米移動(dòng)科技股份有限公司南京分公司 高級仿真工程師
關(guān)鍵詞：Ansys Motion, Ansys Rocky，SPH法，流固耦合
作者說
Ansys 平臺下的模塊眾多，涵蓋了各學(xué)科領(lǐng)域，且各學(xué)科領(lǐng)域之間可以實(shí)現(xiàn)相互耦合，協(xié)同仿真，使得仿真場景無限貼近實(shí)際應(yīng)用場景，所以這種耦合分析的結(jié)果更加值得信賴。此外，Ansys平臺下各學(xué)科分析均擁有世界公認(rèn)的軟件模塊，隨著各模塊功能的不斷開發(fā)與完善，為今后的產(chǎn)品研發(fā)和理論研究創(chuàng)造了無限的可能性。
通過耦合Ansys Motion和Ansys Rocky兩個(gè)模塊，研究了洗衣機(jī)平衡環(huán)在不同設(shè)計(jì)參數(shù)組合下，對于整機(jī)抗振性能的影響。在Ansys Motion中模擬洗衣機(jī)筒的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)狀態(tài)（力、位移、加速度等），在Ansys Rocky中，使用SPH法模擬了平衡環(huán)內(nèi)液體的復(fù)雜流動(dòng)形式。通過兩個(gè)模塊的耦合計(jì)算，使得先前難以從測試和傳統(tǒng)耦合仿真（Mechanical和Fluent）進(jìn)行研究的平衡環(huán)問題，得到了新的探索路徑。通過這種耦合方法，可以快速指導(dǎo)平衡環(huán)的設(shè)計(jì)，為平衡環(huán)抗振的效果提供理論驗(yàn)證。
展開 （這一步只是便于大家更好的理解這個(gè)過程）如果沒有上部的結(jié)構(gòu)，那么地應(yīng)力平衡就到這里結(jié)束了。考慮地基上面有建筑，還需要激活上部的結(jié)構(gòu)。
3、激活地基上部結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)
激活柱子（ealive）
/solu
esel,s,mat,,1
ealive,all
allsel
isfile,read,DYL,ist,,2,2
solve
求解之后，得到在自重作用下，地基和結(jié)構(gòu)的總的位移，應(yīng)力分布。
從上面的位移的云圖中可以簡單的看出，地基幾乎沒有豎向位移，上部的結(jié)構(gòu)（柱子）有相應(yīng)的豎向位移。應(yīng)力還是比較的正常的，于是乎平衡到這里就全部結(jié)束了。
上面的過程為了便于整個(gè)過程的完整性，便于理解。其實(shí)可以完全忽略第二個(gè)過程，直接第三步。那么這期ANSYS的地應(yīng)力平衡就到此結(jié)束了。
需要文件的小伙伴，可以關(guān)注公眾號生活中的力學(xué)仿真，然后后臺回復(fù)“ANSYS地應(yīng)力平衡”獲取相應(yīng)的模型文件和命令流。
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“Ansys 2025 全球仿真大會(huì)”仿真應(yīng)用大賽優(yōu)秀作品展示
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基于ANSYS命令流自平衡框架下千斤頂作用下框架變形分析
有限元模型如下：
打開慣性釋放，點(diǎn)施加固定約束。
載荷顯示：
整體位移云圖
整體等效應(yīng)力云圖
附件concre_cerig.txt為整個(gè)命令流
不平衡響應(yīng)分析在轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)特性分析中非常重要，它提供給我們兩個(gè)信息，一個(gè)是峰值轉(zhuǎn)速的大小，也稱作臨界轉(zhuǎn)速，另一個(gè)信息是過臨界時(shí)轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)響應(yīng)。
對于基于一維梁單元的轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)不平衡響應(yīng)，在ANSYS WORKBENCH中一般是使用Harmonic Response模塊進(jìn)行的。不平衡量是通過施加Rotating Force來實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)選擇打開科氏效應(yīng)（coriolic effect)時(shí)，
在使用ABAQSU隱式方法進(jìn)行非線性分析時(shí)，采用的是整體平衡迭代的方法。每一個(gè)增量步計(jì)算結(jié)束得出的結(jié)果只是一個(gè)無限接近解析解的結(jié)果，并不能得到精確解。因此要判斷某一個(gè)增量步是否完成了計(jì)算，需要判斷其結(jié)果增量是否滿足某個(gè)限制，當(dāng)結(jié)果增量滿足限制要求時(shí)，該增量步即可收斂。要完成每一個(gè)增量步的計(jì)算，有時(shí)需要進(jìn)行多個(gè)步驟的迭代才能達(dá)到收斂限值，如果一個(gè)迭代步的結(jié)果無法達(dá)到收斂限值
進(jìn)行地應(yīng)力平衡的原因如下：我們建立的幾何模型一般都和工程實(shí)際情況一致，例如邊坡的幾何模型與邊坡實(shí)際尺寸相一致。但是由于邊坡的沉降和徐變作用，可以想像到，現(xiàn)在的邊坡應(yīng)該是由一個(gè)體積更大的原始邊坡在很久以前由于受到重力作用和邊界約束條件，逐漸形成了現(xiàn)今的邊坡形態(tài)。但是對于那個(gè)原始的邊坡形態(tài)，我們不得而知。假如能準(zhǔn)確知曉，我們就能夠建立原始邊坡的幾何模型，接著對邊坡施加重力和邊界條件，受力后邊坡形態(tài)應(yīng)該和現(xiàn)在的邊坡相一致
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(gè)漫長過程中，這幅圖都會(huì)陪伴我們度過每一秒。
那么，圖中的各個(gè)曲線分別代表了什么意思呢？下面來說一說
Time=1
這是時(shí)間標(biāo)記，如果你的分析是多荷載步的，就會(huì)看到Time=1、2、3……如果在定義荷載步的過程中定義了時(shí)間的數(shù)值，那么這里就會(huì)按照用戶定義的時(shí)間顯示。時(shí)間很重要，可以在遇到程序意外錯(cuò)誤的時(shí)候，通過時(shí)間數(shù)據(jù)找到
這原在多年前一位朋友向我咨詢時(shí)就應(yīng)該寫下的，結(jié)果。。。今天整理文件的時(shí)候才想起來，這習(xí)慣。?？赡芰?xí)慣了就好了。
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(gè)漫長過程中，這幅圖都會(huì)陪伴我們度過每一秒。
那么，圖中的各個(gè)曲線分別代表了什么意思呢？下面來說一說
Time=1
這是時(shí)間標(biāo)記，如果你的分析是多荷載步的，就會(huì)看到Time=1、2、3……如果在定義荷載步的過程中定義了時(shí)間的數(shù)值
