ansys網格收斂分析的案例
基于模態分析的網格收斂尺寸的研究與確定 ￥10
摘要：針對車載導航的模態分析，以其中單個零件的網格尺寸作用變量，而其余零件的網格尺寸不變，然后進行模態分析，通過對計算結果的比較，確定模型最終的網格收斂尺寸，解決計算精度與計算時間成本這一矛盾。
關鍵字：模態分析；網格尺寸；收斂；固有頻率；車載導航
一、前言
由于公司產品做的最多的是動力學分析，動力學分析需要基于模態特征值上進行計算的，所以我們以最有代表性的模態分析作為網格收斂尺寸研究課題的分析類型。
相對于靜力分析而言，動力學分析的模態求解過程所需要的CPU計算時間更長，我們一般會通過控制網格的尺寸來調整計算時間成本，即粗化網格。但是如果網格太粗，則網格模型必會忽略或簡化結構上的細節，從而影響計算的精度。
面對計算精度與計算時間成本這一矛盾，則需要對模型的網格收斂尺寸、計算耗時等數據進行研究。
二、計算模型
計算模型采用某一車載導航屏模型，零件包括觸摸屏玻璃、前后面板、SECC支架，另外TFT顯示屏簡化為只包含質量的點。
三、網格尺寸控制
導航產品的前后面板為PC+ABS注塑件，結構特征多且比較復雜，為了盡可能詳盡地模擬結構的細節，如圓角、肋骨、凹凸臺、小圓孔等），縮小網格模型與原幾何模型的差距，因此網格不能過于粗糙。此外，根據模型的整體尺寸，最終確定模型的網格研究尺寸為1mm、2mm、3mm、4mm。這四種網格尺寸中，以所有零件的網格尺寸都為3mm的計算結果作為不變量，而其中單一個零件的網格尺寸作為變量，變量值即為1mm、2mm、3mm、4mm。
部分網格模型圖如下：
四、模型建立及求解的軟件
建立三維有限元模型，用Lanzos方法求解特征值。
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影響非線性收斂穩定性及其速度的因素分析
在ANSYS里還是牛頓－拉普森法和弧長法。牛頓－拉普森法是常用的方法，收斂速度較快，但也和結構特點和步長有關。弧長法常被某些人推崇備至，它能算出力加載和位移加載下的響應峰值和下降響應曲線。但也發現：在峰值點，弧長法仍可能失效，甚至在非線性計算的線性階段，它也可能會無法收斂。
為此，盡量不要從開始即激活弧長法，還是讓程序自己激活為好（否則出現莫名其妙的問題）。子步（時間步）的步長還是應適當，自動時間步長也是很有必要的。
4加快計算速度
在大規模結構計算中，計算速度是一個非常重要的問題。下面就如何提高計算速度作一些建議：
充分利用ANSYS MAP分網和SWEEP分網技術，盡可能獲得六面體網格，這一方面減小解題規模，另一方面提高計算精度。
在生成四面體網格時，用四面體單元而不要用退化的四面體單元。比如95號單元有20節點，可以退化為10節點四面體單元，而92號單元為10節點單元，在此情況下用92號單元將優于95號單元。
選擇正確的求解器。對大規模問題，建議采用PCG法。此法比波前法計算速度要快10倍以上（前提是您的計算機內存較大）。對于工程問題，可將ANSYS缺省的求解精度從1E-8改為1E-4或1E-5即可。
5荷載步的設置直接影響到收斂。
展開 ANSYS Mechanical 非線性結構分析的收斂性 ￥5
ANSYS Mechanical 作為ANSYS致力于結構分析的模塊，可以對線性以及非線性結構分析問題進行仿真。其中非線性問題對于 用戶都是一種挑戰，分析過程中頻繁蹦出的“errors”and“Warnings”挑戰著分析人員的耐心，結果收斂成為大家最期待的結果。如果想順利進行非線性結構分析，學會診斷不收斂問題，就顯得至關重要了。
關于ANSYS Workbench非線性分析收斂的學習筆記 ￥5
與此同時，如果在有限元分析中應用到非線性材料，無疑會對材料性能的確定、計算的設置、計算的收斂以及保證結果的精度增加難度。</li><li>幾何非線性。我們日常生活中，某些結構在載荷變化的過程中會發生突變，結構發生大變形，這將直接導致結構的響應規律發生重大變化，其中主要分為兩種，分別是大撓度和大應變。（1）大撓度：比如向上翹曲的殼零件，在很小載荷作用下發生很小的應變和位移，但當載荷作用加大，殼會向下凹陷，也就變成了小應變，大位移。（2）大應變:比如橡膠件在壓力作用下發生的變形，橡膠幾乎是不可壓縮的，應變很小，但是在拉伸時，應變很大。</li><li>狀態非線性。絕大部分有限元分析都不是簡單的零件分析，而且復雜的裝配體分析，很多的零件之間會存在接觸或者分離的狀態變化。比如齒輪的嚙合，兩個齒輪會存在接觸和分離的狀態變化，這時候結構剛度就會因為狀態變化而變化。邊界條件中的接觸就是狀態非線性的一種。</li></ol><p> 非線性無疑會增加有限元分析的難度和成本，在我們實際的模型中，以上三種非線性類型往往交叉出現，不僅具有材料非線性、幾何非線性，還有狀態非線性。對于此類問題，新手往往難以完成計算設計以實現計算收斂，下面簡單介紹相關非線性計算的收斂技巧。</p>
展開 基于ANSYS Workbench軟件Convergence工具判定求解收斂的簡例——【鋼絲繩赫茲接觸分析】
基于ANSYS Workbench軟件Convergence工具判定求解收斂的簡例-【鋼絲繩赫茲接觸分析】
本文以“鋼絲繩赫茲接觸分析”為例，講解如何采用Convergence工具判定求解收斂的方法。
本文為原創案例，若要轉載請注明文章出處，并附帶作者筆名-CAE夢想很偉大，切勿他用。
另外限于本人水平有限，切勿輕易用于工程應用，論文撰寫等。若有錯誤，請同行指出。
歡迎大家轉載、點贊、評論。
網格劃分的細密程度與單元的選擇對于求解的精確程度具有相當大的影響，不少帖子都曾經撰寫過相關文章的比較，例如包括網格劃分的細密，單元的選擇，子模型的使用，應力奇異的判定等，這里通Convergence工具來自動判定網格的細密程度，得到一個收斂解。
技術鄰咨詢鏈接：http://www.yqgqt.org.cn/b/280
模型幾何
接觸關系
初始網格劃分
邊界條件
設置求解后處理，等效應力引入Convergence，判定收斂，判定量為2%以內收斂。
通過上圖1-6的求解過程比對可知，初始網格的等效應力隨著節點數量和單元的增加，應力逐步穩定，得到收斂的穩定解。且穩定解的應力明顯比粗糙網格應力高，符合赫茲接觸。
收斂解與初始網格定義的網格密度比對
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展開 ANSYS自適應網格技術及案例分析（附完整模型分析命令流）
01 自適應網格技術
有限元計算中，不同的網格劃分會具有不同的誤差，尤其是對應力結果。ANSYS通過能量誤差估計來評估網格密度是否充足，如網格不夠細，程序可以自動細化網格以減少誤差。這一自動估計網格劃分誤差并細化網格的過程稱為”自適應網格劃分“。通過自適應網格劃分技術可以獲得較好的應力分布。
自適應網格劃分僅適用于單元plane2/25/42/82/83,solid45/64/73/92/95,shell43/63/93及部分熱單元。分析類型僅適用于線性靜力學結構分析和線性穩態熱分析。
自適應網格劃分的基本過程通過一個案例說明。
02 具有多孔和凹域的板拉伸案例
針對如下具有多孔和凹域的板，采用plane42單元，首先設置KSEIZE=10來設置自適應網格前的網格尺寸，其后按自適應網格劃分技術對網格再劃分。設置ADAPT,10,6，其中10表示迭代次數最大為10。6表示能力誤差不超過6%。具體的ADAPT命令說明如圖。
一般的自適應網格劃分的能量模誤差百分比小于5時，計算較為可靠，可以看到下圖給出Von Mises Stress，無網格自適應的應力結果有明顯的不連續和突變的過程。但注意，凹角點為應力奇異點，在彈性范圍內其數值無法通過有限元方法求得。
Von Mises Stress：無網格自適應（左），有網格自適應（右）
ADAPT命令解釋
03 完整模型分析命令流
!多孔板自適應網格劃分-PLANE42
finish
/clear
/prep7
blc4,,,450,350
blc4,200,250,100,100 !
展開 關于ANSYS網格重分法分析清單
引言
網格重分法適用于邊界相對運動過大的情況。
-在網格重分過程中，當單元的扭曲度或尺寸超過了指定的限制后，則程序自動進行單元和面的重分；
-在重分過程，節點數量和單元或面之間的聯通性可能增加或刪除；
網格重分法可用：
-三角形和四面提網格（帶或不帶棱柱層），適用于二維和三維計算；
-2.5D棱柱區域（拖拉出的三角單元區域）
-Cutcell
網格重分和光順法可以同時使用
-產生更好的網格質量；
-允許使用較大的時間步。
1、有些情況僅要求在單元內部進行網格充分，而有些情況也需要在邊界面進行網格充分
-活塞運動案例：同時在單元內部和表面上進行網格重分；
-存儲分離：僅僅需要在單元內部進行網格重分。
可用的網格重分方法：
-局部單元法（Local cell ）該方法在單元內部進行重分（2D和3D）；
-區域重分（Zone remeshing ）如果局部單元區域網格重分失敗，則采用全部區域網格重分（2D和3D）。
展開 Ansys結構分析網格劃分方法＆操作詳解-附練習模型
我建了一個Ansys結構分析的學習交流群，群里學習氛圍很好，如果有一起學習的小伙伴可以掃碼加我，我拉你進群：
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ANSYS12 Workbench-熱分析及WorkBench+ICEM+CFD+網格劃分入門
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ANSYS Mechanical Nonlinear教程 http://pan.baidu.com/s/1nuHzi9j
可結合免費教學視頻（共10講）操作和練習 http://www.yqgqt.org.cn/college/video/c10015
視頻1主要內容
啟動Workbench；Workbench各模塊與求解器列表；調用靜態結構分析流程；DM幾何模型導入；啟動分析向導；定義和指定材料；網格劃分；載荷與約束；求解與后處理；變形與應力查看
視頻2主要內容
DM導入外部幾何模型文件；幾何模型修復；二維草圖建模與三維實體建模；幾何編輯；參數化建模與參數耦合；概念建模（梁、殼建模與技巧）；DM導出幾何文件(.agdb格式或者其他中性格式.igs .x_t)
視頻3主要內容
一次完整的建模過程
視頻4主要內容
實體網格劃分方法(四面體與六面體)；總體尺寸與局部尺寸；四面體兩種方法對比；網格質量統計；如何劃分六面體(掃略與多區)；內部網格查看技巧；網格編輯(節點移動)；六面體主導網格
視頻5主要內容
導入幾何模型；材料參數；接觸設置；接觸前處理工具；網格劃分；結構載荷；結構約束；求解與后處理；運動副；彈簧
視頻6主要內容
導入幾何模型；材料參數；熱邊界條件；熱分析后處理；熱分析結果導入結構分析；結構載荷與約束；熱應力計算
展開 
