ansys 橡膠 收斂的案例
基于Workbench的橡膠計算收斂調試
眾所周知，橡膠作為不可壓縮材料，具有很強的材料非線性，在計算過程中，往往會因為產生過大的變形導致網格畸變嚴重，求解終止。不僅如此，橡膠材料計算過程中往往還會帶有復雜的幾何非線性和接觸非線性，使求解收斂難度進一步提高，本篇文章將介紹在Workbench中如何對橡膠計算的收斂進行調試。
本實例研究橡膠的擠壓問題的收斂方法，如圖1，上下實體是結構鋼材料，中間實體為橡膠，固定約束下端實體底面以及中間橡膠體的兩個端面，同時約束橡膠體的表面，使其僅有X方向自由度，上端實體上表面施加沿-x方向的6mm位移，接觸均為摩擦接觸，摩擦系數0.1，計算結構的變形情況。
圖1
首先設置橡膠材料，然后設置接觸，將橡膠設置為接觸面，結構鋼設置為目標面，兩對接觸均為摩擦接觸，摩擦系數0.1，均設為增廣拉格朗日算法，且在高斯積分點進行接觸檢測，其余設置保持程序控制，接著對將橡膠實體進行六面體網格劃分，施加邊界條件，最后進行求解設置，采用直接求解器，打開大變形。
圖2
圖3
圖4
圖5
圖6
進行求解，經過171次迭代后程序報錯，無法收斂，力的收斂曲線如圖7。
圖7
對于橡膠這種不可壓縮材料，為了提高其收斂性，可以在分析設置中的非線性控制里，將求解器改成非對稱求解器，同時打開線性搜索功能，如圖8。
圖8
進行求解，經過111步迭代后程序報錯，求解停止，報錯提示是單元產生了高度扭曲，如圖9，對于這種問題，可以嘗試通過減小時間步長解決，但減少時間步長仍會報錯，讀者可自行嘗試。
圖9
由于橡膠表現為不可壓縮性，泊松比接近0.5，易發生體積自鎖，因此可以使用U-P單元技術解除體積自鎖，只需在橡膠體下插入命令，如圖10.
展開 如何在ANSYS中擬合橡膠材料曲線？ 附Ansys橡膠材料的粘彈性本構模型下載
STEP 3：從hyperelastic模型本構中拖動需要擬合的材料本構模型到材料中，此時可以在材料橡膠本構模型中發現curve fitting選項。
STEP 4：右鍵curve fitting，選擇solve curve fit，擬合好后，然后選擇copy calculated values to property，擬合參數便復制到定義的橡膠本構模型中了。另外，擬合的曲線和實驗曲線均會在圖片中顯示出來，可以對比其重合度，測試哪種本構更適合。
下載地址：Ansys橡膠材料的粘彈性本構模型
如何在ANSYS中擬合橡膠材料曲線？ 附Ansys橡膠材料的粘彈性本構模型下載
STEP 3：從hyperelastic模型本構中拖動需要擬合的材料本構模型到材料中，此時可以在材料橡膠本構模型中發現curve fitting選項。
STEP 4：右鍵curve fitting，選擇solve curve fit，擬合好后，然后選擇copy calculated values to property，擬合參數便復制到定義的橡膠本構模型中了。另外，擬合的曲線和實驗曲線均會在圖片中顯示出來，可以對比其重合度，測試哪種本構更適合。
下載地址：Ansys橡膠材料的粘彈性本構模型
基于流體壓力的橡膠圈密封有限元仿真分析方法--ANSYS Workbench有限元分析方法--橡膠密封方法
今天，我們就來一起探討一下如何利用ANSYS Workbench這一強大的有限元分析軟件，對典型的橡膠圈密封進行精確計算和分析。
一、模型介紹
我們構建的模型是一個圓柱形的軸對稱結構，通過取其截面進行模擬分析。這個模型由三部分組成：左側是固體部分，中間是橡膠圈，右側是剛性體。這種設計在很多工業設備中都能看到，其密封性能直接關系到設備的正常運行。
二、壓縮與加載
在模擬的初始階段，右側的剛性體會上移到指定位置，對橡膠圈進行壓縮。這一步是為了模擬實際安裝過程中橡膠圈的變形情況，確保其能夠適應密封槽的形狀。
結果如圖所示
接下來，我們在橡膠圈的凹槽部分加載流體壓力。這些壓力會擠壓橡膠與固體、剛性體之間的接觸面，試圖在縫隙位置撐開接觸面。此時，我們關注的是接觸面的壓力分布情況，以此來判斷橡膠圈是否能夠提供完好的密封。
流體壓力加載采用命令的方式如下所示
三、材料設置與接觸條件
橡膠材料的選擇至關重要，它直接影響到密封件的密封性能和耐用性。在模擬中，我們根據實際情況選擇了合適的橡膠材料，并設定了相應的物理參數。
與此同時，橡膠與固體、剛性體之間的接觸也被設定為摩擦接觸，摩擦系數設為0.1。為了更準確地模擬實際情況，我們還設置了每步更新剛度的選項，以確保模擬結果的準確性。
四、提高收斂性
在進行有限元分析時，有時會遇到不收斂的問題。這可能是由于模型設置、網格劃分或求解器參數等原因導致的。為了解決這個問題，提高收斂從下面來幾方面考慮
1.可以為模型嘗試添加keyopt,matid,6,1等參數來提高收斂性。
展開 
ANSYS workbench 橡膠密封圈分析案例 ￥10
本案例適合哪些人學習：
1、學習型仿真工程師
2、理工科院校學生
你會得到什么：
1、學習三維模型的繪制
2、學習接觸配合分析相關的材料參數設置
3、學習靜力學分析步的建立
4、學習螺栓預緊力的施加
5、學習壓力載荷的施加
6、學習查看接觸狀態結果
案例介紹：
所使用軟件為ANSYS workbench2020r2.
案例介紹了ANSYS workbench 橡膠密封圈接觸分析。
本案例完整得提供了分析相關所有的分析文件。
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ANSYS與ABAQUS比較之實例7---橡膠墊圈的受壓分析
本實例是ANSYS與ABAQUS比較之系列的第7個例子，該例子主要說明超彈性材料的受壓分析。
本篇1使用ABAQUS分析，下篇2將使用ANSYS進行分析
【問題描述】
一橡膠支座如下圖所示
下鋼板底面被豎直支撐，在上鋼板頂面上施加0.5MPa的壓力，要求對橡膠支座做壓縮仿真。
已知：鋼材的彈性模量206e3MPa,泊松比0.3；橡膠則有三組試驗數據：單軸拉伸，雙軸拉伸，平面剪切試驗數據如下
表1 單軸拉伸試驗數據
表2 雙軸拉伸試驗數據
表3 平面剪切試驗數據
橡膠支座的幾何尺寸均已知（該圖是通過支座旋轉軸的一個半切面）
【問題分析】
分析類型：靜力學分析
非線性考慮：因為有大變形，需要考慮幾何非線性；橡膠也鋼材緊密結合，節點共享，不需要考慮接觸問題；橡膠是典型的超彈性材料，要輸入試驗數據模擬應力-應變曲線。鋼材是線彈性。
幾何建模：軸對稱問題，只需要取出一個截面，由于結構上下對稱，再取該截面的一半建模，以減小計算量。
分析步：只需要一個分析步。
邊界條件：對于對稱面施加對稱邊界條件，在鋼材表面施加均布載荷。
網格劃分：使用四邊形雜交軸對稱單元CAX8H.
【求解過程】
1. 創建部件
根據上述尺寸創建草圖，創建一個軸對稱柔性部件，并分割為兩部分，結果如下圖。
2. 定義材料屬性
定義兩種材料屬性：鋼材和橡膠。
對于鋼材，只定義彈性模量和泊松比
對于橡膠，定義超彈性材料，確定對于應變勢能使用多項式，而該多項式是用試驗數據插值得到的。
對于試驗數據，分別輸入單軸，雙軸，平面試驗數據。
進行數據插值，獲取多項式的系數
3.
展開 Ansys 超彈性橡膠材料仿真分析
11月11日，Ansys官方『Ansys 超彈性橡膠材料仿真分析』研討會為您展開介紹Ansys超彈性橡膠材料分析方案，還將簡要介紹Ansys最新收購的聚合物材料建模工具PolymerFEM，感興趣的下滑預約學習??
時間：11月11日（星期二），16：00-17：00
內容簡介：
本次網絡研討會主要介紹Ansys超彈性橡膠材料分析方案，聚焦于超彈性本構的選取、基于測試數據的材料參數擬合、非線性計算設置與收斂性調試等關鍵技術。 此外，還將簡要介紹Ansys最新收購的聚合物材料建模工具PolymerFEM。
講師：
韓鎮澤 | Ansys高級應用工程師
具備多年結構有限元仿真在不同領域的應用經驗。專注于PCB封裝結構可靠性方案，以及消費電子、半導體等行業應用。主要負責產品：Mechanical，Sherlock，PolymerFEM。
形式：線上
費用：免費
掃碼立即報名
(web: https://s.jishulink.com/ObT0WL)
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技術鄰簡介：
技術鄰，是一家深耕工科制造業領域逾二十年的專業技術平臺。
我們的服務覆蓋力學、機械、材料、航空、交通運輸、電子電氣、通信、化工、能源、船舶、冶金、建筑土木、水利測繪等眾多專業方向。以CAE仿真為特色和入口，在結構、流體、電磁、熱動力學、工藝、聲、光及加工工藝等領域，擁有深厚的專家資源和項目經驗。累計幫助1200+企業解決制造業研發困擾，100萬+工程師提升專業能力。
展開 ANSYS workbench 橡膠密封圈非線性靜力學分析 ￥10
本案例適合哪些人學習：
1、學習型仿真工程師
2、理工科院校學生
3、對有限元分析感興趣的工程師
你會得到什么：
1、學習橡膠密封圈的三維模型處理
2、學習橡膠密封圈非線性接觸相關的接觸設置
3、學習非線性靜力學分析步的建立
4、學習橡膠密封圈非線性靜力學分析的載荷施加
案例介紹：
所使用軟件為ANSYS workbench2020r2.
案例介紹了ANSYS workbench 橡膠密封圈非線性靜力學分析。
本案例完整得提供了分析相關所有分析文件。
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hypermesh-ansys聯合仿真-2D軸對稱橡膠密封分析 ￥3
密封結構為環形軸對稱，蓋板將黑色橡膠圈壓向底部的帶槽基座上，靠橡膠變形回彈與上蓋板和下基座之間的接觸壓力（密封應力）來阻止流體穿過密封界面。蓋板和基座材質都是結構鋼，彈性模量為210000MPa，泊松比為0.3；橡膠圈材質為邵氏硬度75度的EPDM橡膠。本文采用單位制為mm，N，t，s，MPa。
通過hypermesh建立有限元模型設置求解控制輸入到ANSYS進行求解：
ansys非線性收斂總結
文章來源于網絡，講解很系統，可以經典收藏，由于無法查證出處，無意冒犯，如有不妥，請聯系我
ansys非線性收斂總結
ansys計算非線性時會繪出收斂圖，其中橫坐標是cumulative iteration number 縱坐標是absolute convergence norm。他們分別是累積迭代次數和絕對收斂范數，用來判斷非線性分析是否收斂。
ansys在每荷載步的迭代中計算非線性的收斂判別準則和計算殘差。其中計算殘差是所有單元內力的范數，只有當殘差小于準則時，非線性疊代才算收斂。
ansys的收斂是基于力的收斂的,以力為基礎的收斂提供了收斂量的絕對值，而以位移為基礎的收斂僅提供表現收斂的相對量度。一般不單獨使用位移收斂準則,否則會產生一定偏差,有些情況會造成假收斂.(ansys非線性分析指南--基本過程Page.6) 。因此ansys官方建議用戶盡量以力為基礎（或力矩）的收斂誤差，如果需要也可以增加以位移為基礎的收斂檢查。
ANSYS缺省是用L2范數控制收斂。其它還有L1范數和L0范數，可用CNVTOL命令設置。在計算中L2值不斷變化，若L2<criterion的時候判斷為收斂了。也即不平衡力的L2范數小于設置的criterion時判斷為收斂。
由于ANSYS缺省的criterion計算是全部變量的平方和開平方（SRSS）*valuse(你設置的值)，所以crition也有小小變化。如有需要，也可自己指定crition為某一常數， CNVTOL,F,10000,0.0001,0就指定力的收斂控制值為10000*0.0001=1。
展開 ANSYS Workbench非線性分析收斂曲線解讀
進行非線性分析時，收斂性是大家非常關心的一個問題。在Ansys workbench中，可以通過Details of “Solution Information”中選擇“Solution Output=Force Convergence”來查看收斂情況，其中，最直觀的莫過于力收斂曲線了。
Solution Output選項
力收斂曲線如下圖所示:
力收斂曲線圖
判斷收斂的方法很簡單，只要“計算的力收斂曲線”落在“力收斂準則”曲線之下，就表示該載荷步或子步收斂了。
該模型中有兩個載荷步，分析設置中時間步長設置為“Program Contrlled”.
除了看上述的力收斂曲線圖，我們可以設置“Solution Output= Solve Output”查看計算輸出信息，從其中可以更詳細地看到收斂情況。
可以將計算輸出的信息與力收斂曲線圖對比起來看，就更容易理解力收斂圖了。
第1個載荷步中，第1個分析子步經過了15次迭代收斂（圖中每個圓點代表一次迭代）。
經過4個分析子步，第1個載荷步完成加載并收斂。第2個載荷步程序自動設置的信息如下：
初始子步數量為5，載荷步的分析時間為1s，因此初始的時間步長為0.2s。
第2個載荷步的第1個分析子步，經過25次計算迭代后，還不收斂。程序進行自動二分，將時間步長除以2，變為0.1s。
自動二分是一種用于解決非線性分析過程中收斂困難的策略。當收斂失敗發生在某個子步中，程序會自動減小時間步長，通常是前一個步長的一半左右。然后，程序會從前一個成功收斂的時間子步繼續求解。如果再次遇到收斂失敗，程序會繼續減小時間步長并繼續求解，直到達到收斂或達到指定的最小時間步長值。這種方法有助于逐步逼近正確解，并確保分析的穩定性和準確性。
展開 
ANSYS Workbench分析實例之橡膠件擴張過程仿真
橡膠擴張變形過程是個典型的非線性過程，而且包含了非線性中的三種情況：
1. 橡膠屬于典型的超彈性材料——
材料非線性
；
2. 橡膠在擴張過程中的應變很大——
幾何非線性；
3. 橡膠擴張過程中存在于擴張件的接觸——
狀態非線性。
因此在仿真過程中，我們要認真關注計算的收斂性問題。下面我們以電纜冷縮終端為例，對橡膠件的擴張過程進行一個仿真，并得出冷縮終端的抱緊力。
仿真過程
對于橡膠擴張過程的仿真，我們可以將其視為準靜態問題，因此我們選擇Workbench中的
Static Structural
（結構靜力學）模塊來簡單模擬。
Step1
橡膠材料的選擇
新建一個材料，命名為“RUBER”。
本次計算采用Ogden 3rd Order本構方程，雙擊Toolbox中的Ogden 3rd Order材料模型，將其添加到“RUBER”材料的屬性中。
根據ANSYS Help中的數據，Ogden 3rd Order材料模型具體數值依次為：43438Pa、1.3、82.74Pa、5、-698.5Pa、-2、2.9E-8Pa^-1、0Pa^-1、0Pa^-1。
Step2
建立冷縮終端模型
冷縮終端屬于回轉體，我們可以選擇縱向截面的1/2，使用平面軸對稱模型進行仿真，這樣不僅不損失計算精度，同時也大大降低了計算量。
展開 ANSYS Workbench橡膠超彈分析及應用實例
ANSYS Workbench參數擬合功能
利用ANSYS提供的線性和非線性回歸算法，用戶可直接輸入超彈材料的試驗數據以獲得其材料參數值，且該功能適用于所有超彈模型。用戶將試驗數據存放在一個文本文件中，可以針對多種超彈模型作曲線擬合，程序同時提供擬合的誤差范數并以圖形的方式顯示試驗數據與所計算的系數之間的關系，以便選取合適的超彈性模型。
3
ANSYS Workbench橡膠超彈性分析實例
問題描述
使用ANSYS Workbench模擬橡膠材料試件的拉伸試驗，取四分之一模型進行建模，如下圖所示，在右側位置施加一定位移，計算得到產生位移后的狀態。
圖2 幾何模型
分析步驟
（1）創建靜力學分析流程。
（2）設置材料屬性：根據實驗得到的數據，分別輸入單軸、雙軸、剪切的實驗數據，得到各個實驗數據曲線，然后應用曲線擬合功能，得到計算用的材料曲線，以及相關參數。
圖3 輸入材料實驗數據
圖4 曲線擬合
（3）劃分網格：采用掃掠方式，取合適的網格密度，得到全六面體單元網格。
圖5 劃分網格
（4）施加約束及載荷：在對稱面上施加無摩擦約束，在右側施加位移約束。
圖6 邊界條件
（5）計算求解：打開大變形開個，打開自動時間步，調整最小子步數等。
（6）結果后處理：查看等效應力及等效應變。
圖7 變形云圖
圖8 等效應力云圖
4
結論
ANSYS提供了豐富的超彈性材料，強大的曲線擬合功能，以及各種非線性分析設置，利用Workbench平臺操作的便利性，可以方便的進行各種橡膠材料或超彈性模型的分析。
源自CAE技術交流公眾號
展開 橡膠材料粘彈性擬合詳解?。瑼BAQUS與ANSYS
橡膠材料具有超彈性及粘性，超彈性分析，大家都分析比較多了，粘彈性大家應該做的不是很多。
下面給出粘彈性擬合的過程，希望對大家有點幫助。
并用ANSY合ABAQUS進行了擬合對比！
實驗數據來自美國實驗室。
下載地址：
粘彈性擬合過程.pdf
ANSYS求解收斂問題
引起求解不收斂的原因很多，大致可以分為如下幾種情況：
網格劃分問題導致的不收斂
大家都知道，網格劃分的越細，求解的精度越高，但是網格越細，求解時占用的電腦空間就越大，求解所需的時間也越長。網格劃分的比較粗時，可能會引起不收斂，解決的方法就是在受力或有明顯作用的地方進行局部細化網格。
2.求解方法選擇不合適
對于非線性分析來說，系統默認的是稀疏矩陣法（除了子結構計算默認波前法外）。對于3維模型來說，預共軛梯度法是最優的算法，但當結構剛度呈現病態時，迭代不易收斂。為此推薦以下算法：
1）、BEAM單元結構，SHELL單元結構，或以此為主的含3-DSOLID的結構，用稀疏矩陣法；
2）、3-D SOLID的結構，用預共軛梯度法；
3）、當你的結構可能出現病態時，用稀疏矩陣法；
4）、當你不知道用什么時，采用默認算法。
3.其他設置
可將ANSYS缺省的求解精度從1E-8改為1E-4或1E-5即可。
設置足夠大的荷載步，可以更容易收斂，避免發散的出現；
設置足夠大的平衡迭代步數，默認為25，可以放大到很大(100)；
將收斂準則調整，以位移控制時調整為0.05，以力控制為0.01。
對于線性單元和無中間節點的單元（SOLID65和SOLID45），關閉EXTRA DISPLACEMENTS OPTIONS（在OPTIONS中）。
對于CONCRETE材料，可以關閉壓碎功能，將CONCRETE中的單軸抗壓強度設置為-1。
來源：ANSYS及Workbench加油站
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