ANSYS接觸收斂問題的案例
干貨 | 接觸非線性應(yīng)用——解決ANSYS 接觸不收斂問題的方法
根據(jù)ANSYS的使用者反饋，針對非線性接觸問題上的求解，經(jīng)常會有客戶出現(xiàn)不收斂的情況，在調(diào)試收斂性上花費大量的時間。本文主要針對ANSYS 接觸不收斂問題進(jìn)行方法上的技巧總結(jié)，希望通過本文使大家在ANSYS軟件的使用上有更好的體驗。
ANSYS接觸不收斂的原因有非常多的原因，針對每一種不收斂問題，選擇正確的方法都能使不收斂問題解決變得容易起來。在使用軟件中，ANSYS接觸不收斂原因主要有下面這些原因：
1、接觸算法的不正確選擇；
2、遺漏了相關(guān)的接觸對；
3、物體之間接觸剛度過大；
4、求解的載荷步較少；
5、奇異；
6、結(jié)構(gòu)發(fā)生了剛體位移；
7、結(jié)構(gòu)發(fā)生振蕩現(xiàn)象；
下面針對這些原因的解決辦法進(jìn)行詳細(xì)的講解：
1
接觸算法的選取原則
ANSYS內(nèi)部大體上包括5種算法，Pure Penalty，Augmented Lagrange，MPC，Pure Lagrange，Beam。
展開 接觸收斂問題
Too many attempts made for this increment
Abaqus/Standard Analysis exited with an error - Please see the message file for possible error messages if the file exists.
下面是警告的內(nèi)容：
408 nodes may have incorrect normal definitions. The nodes have been identified in node set WarnNodeIncorrectNormal.
410 nodes may have incorrect normal definitions. The nodes have been identified in node set WarnNodeIncorrectNormal.
Not all the nodes that do not find intersection with the master surface are printed. However all of these nodes have been included in a node set.
73 nodes may have incorrect normal definitions. The nodes have been identified in node set WarnNodeIncorrectNormal.
The ratio of the maximum incremental adjustment to the average characteristic length is 1.45148e-02 at node 114 instance ld-1-lin
展開 ABAQUS接觸收斂問題處理方法匯總
接觸分析真正加載之前，設(shè)置一個接觸步讓兩個面接觸上來，在這個步驟里面，接觸面的過盈小一點好，比如0.001.接下去再把作用與兩個接觸體的力及接觸方向的自由度放開。
2. 如果系統(tǒng)的載荷很多的話，將系統(tǒng)的載荷分做多步進(jìn)行加載，一次性全上可能使系統(tǒng)無法在規(guī)定的迭代次數(shù)內(nèi)收斂。所以根據(jù)需要分開，讓abaqus的內(nèi)核慢慢消化去。少吃多餐在這邊好像也是成立的。
3. 系統(tǒng)有多個接觸的話，也最好如載荷一樣，分成幾個step讓他們接觸上。這樣的做法會讓你以后在模型的修改中更有方向性。
4. 模型還是不收斂的話，你可以看一下是在哪一步或者那個inc不收斂。對于第一步直接不收斂的話，如果模型是像我上面把載荷和接觸分成很多步建立的話，可以把載荷加載的順序換一下。如果你把第二個加載的載荷換到第一步以后，計算收斂了，那影響收斂的主要問題應(yīng)該就是原來第一個加載或著接觸影響的。這種情況下面一般算到這個加載的時候還是不會收斂。這個時候可以考慮是否有什么其他辦法能夠使步驟的變化與上一步變動小一點，比如第一點里面提到，或者繼續(xù)把這個載荷細(xì)分呢？
5. 對于接觸分析不收斂的情況，可以自己看一下模型的接觸面。有時候是overclosure,這個時候在assemble里面將模型相對位置稍微移動下或者用接觸里面的那個adjust only to remove overclose,不過或一種方法會使你的網(wǎng)格扭曲變形。問題不大也是可以用的。有的時候是因為，模型中的兩個接觸面變成了一個點和一個面接觸，而點或者面中有一個位置并不是很穩(wěn)定。這個時候就會出現(xiàn)了dividing,有時候求解無法成功。這時候可以看一下是不是能夠?qū)⒛Ｐ驮撎幧晕⒏囊幌履兀炕蛘邔⒃撎幍木W(wǎng)格細(xì)化一下。
6. 模型實在是比較大的話，可以修改solver的設(shè)定，將迭代次數(shù)改大一點。
展開 非線性仿真之如何解決接觸仿真收斂問題
遇到接觸仿真無法收斂怎么辦？是不是嘗試增加更多子步緩慢加載還是無法解決收斂性問題？這篇文章給大家介紹一些關(guān)于非線性分析和收斂的重要背景知識，并討論克服收斂問題的不同方法。具體涉及接觸分析時，可以嘗試以下幾種方法來幫助提升計算收斂性：
1.消除剛體運(yùn)動：
a. 開始時讓裝配體中的所有部件都相互接觸。這可以通過移動部件、添加接觸偏移量或添加穩(wěn)定阻尼來實現(xiàn)。
b. 在接觸表面添加摩擦，避免切向毫無阻力的運(yùn)動。
2.克服不收斂：
a. 降低接觸單元的剛度。（我的經(jīng)驗表明，緩慢增加載荷和降低接觸剛度可以解決90%的收斂問題）。
b. 在接觸區(qū)域細(xì)化網(wǎng)格，以減少反復(fù)進(jìn)入和脫離接觸的單元百分比。
在本文中，我將使用一個具體的例子來演示上述一些方法，并描述其他幾種有助于克服頑固的與接觸相關(guān)的收斂問題的方法。需要注意的是，許多有限元分析程序（如ANSYS）都內(nèi)置了接觸算法，試圖設(shè)置程序默認(rèn)值以實現(xiàn)快速收斂和準(zhǔn)確的解。然而，不可能設(shè)計一種萬能的接觸算法，使其在每種接觸條件下都能自動工作。它們是為解決常見情況而設(shè)計的，但在某些情況下可能需要手動干預(yù)。
在這個例子中，一個板彈簧被一個承受作用力的扁平剛性板壓縮，如圖1所示。這個分析使用了ANSYS Workbench有限元軟件。為了得到收斂解，需要進(jìn)行幾次嘗試。
第1次計算嘗試：
圖1 計算例子
第一次嘗試求解沒有收斂，并給出以下錯誤：“內(nèi)部解的大小限制被超過”。這種類型的錯誤，以及其他如“小的負(fù)方程求解器主元項”或僅僅是 “遇到求解器主元警告或錯誤”，表明存在剛體運(yùn)動。
展開 
ABAQUS-接觸分析中收斂問題的解決方法【轉(zhuǎn)載】
3、使用綁定約束
如果某一對接觸面的接觸狀態(tài)對整個模型的影響不大,或者這一對接觸面在整個分析過程中都是始終緊密接觸的，可以考慮將它們之間的接觸關(guān)系改為綁定約束( tie)，這樣會有助于消除剛體位移，并且大大減少計算接觸狀態(tài)所需要的迭代。
ABAQUS/CAE操作:Interaction模塊,主菜單 Interaction→Constraint-Create,Type為默認(rèn)的 Tie。
4、正確定義綁定約束和過盈接觸
如果設(shè)置了綁定約束或者過盈接觸，必須讓位置誤差限度略大于主面和從面之間的距離。注意過盈量為負(fù)值。
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(xì)化網(wǎng)格
細(xì)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(rèn)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。
展開 ABAQUS碟簧接觸問題，滯回，模型不收斂？
請問大神們，有會碟簧之間接觸怎么設(shè)置的嗎？
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(wǎng)格劃分問題導(dǎo)致的不收斂
大家都知道，網(wǎng)格劃分的越細(xì)，求解的精度越高，但是網(wǎng)格越細(xì)，求解時占用的電腦空間就越大，求解所需的時間也越長。網(wǎng)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(jìn)行局部細(xì)化網(wǎng)格。
2.求解方法選擇不合適
對于非線性分析來說，系統(tǒng)默認(rèn)的是稀疏矩陣法（除了子結(jié)構(gòu)計算默認(rèn)波前法外）。對于3維模型來說，預(yù)共軛梯度法是最優(yōu)的算法，但當(dāng)結(jié)構(gòu)剛度呈現(xiàn)病態(tài)時，迭代不易收斂。為此推薦以下算法：
1）、BEAM單元結(jié)構(gòu)，SHELL單元結(jié)構(gòu)，或以此為主的含3-DSOLID的結(jié)構(gòu)，用稀疏矩陣法；
2）、3-D SOLID的結(jié)構(gòu)，用預(yù)共軛梯度法；
3）、當(dāng)你的結(jié)構(gòu)可能出現(xiàn)病態(tài)時，用稀疏矩陣法；
4）、當(dāng)你不知道用什么時，采用默認(rèn)算法。
3.其他設(shè)置
可將ANSYS缺省的求解精度從1E-8改為1E-4或1E-5即可。
設(shè)置足夠大的荷載步，可以更容易收斂，避免發(fā)散的出現(xiàn)；
設(shè)置足夠大的平衡迭代步數(shù)，默認(rèn)為25，可以放大到很大(100)；
將收斂準(zhǔn)則調(diào)整，以位移控制時調(diào)整為0.05，以力控制為0.01。
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）。
對于CONCRETE材料，可以關(guān)閉壓碎功能，將CONCRETE中的單軸抗壓強(qiáng)度設(shè)置為-1。
來源：ANSYS及Workbench加油站
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(chuàng)案例，若要轉(zhuǎn)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(yīng)用，論文撰寫等。若有錯誤，請同行指出。
歡迎大家轉(zhuǎn)載、點贊、評論。
網(wǎng)格劃分的細(xì)密程度與單元的選擇對于求解的精確程度具有相當(dāng)大的影響，不少帖子都曾經(jīng)撰寫過相關(guān)文章的比較，例如包括網(wǎng)格劃分的細(xì)密，單元的選擇，子模型的使用，應(yīng)力奇異的判定等，這里通Convergence工具來自動判定網(wǎng)格的細(xì)密程度，得到一個收斂解。
技術(shù)鄰咨詢鏈接：http://www.yqgqt.org.cn/b/280
模型幾何
接觸關(guān)系
初始網(wǎng)格劃分
邊界條件
設(shè)置求解后處理，等效應(yīng)力引入Convergence，判定收斂，判定量為2%以內(nèi)收斂。
通過上圖1-6的求解過程比對可知，初始網(wǎng)格的等效應(yīng)力隨著節(jié)點數(shù)量和單元的增加，應(yīng)力逐步穩(wěn)定，得到收斂的穩(wěn)定解。且穩(wěn)定解的應(yīng)力明顯比粗糙網(wǎng)格應(yīng)力高，符合赫茲接觸。
收斂解與初始網(wǎng)格定義的網(wǎng)格密度比對
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ANSYS 高級接觸問題1-3.ppt
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ANSYS workbench接觸問題案例——卡箍連接
———————原創(chuàng)內(nèi)容，轉(zhuǎn)載請注明——————
前言：
這篇文章主要想和大家探討ANSYS workbench里的接觸問題。
這個例子的模型來源于許京荊編著的《ANSYS workbench工程實例詳解》一書，作為網(wǎng)格劃分的案例使用。我在這里把它拓展了一下，把問題引申為：假設(shè)固定了卡箍的安裝側(cè)，存在1000N的螺栓預(yù)緊力，管的兩側(cè)各有一段充滿流體的1m管路未包含進(jìn)模型中。由于管路安裝在墻面外，有時會受到600N的垂直向下的外力（假設(shè)有行人踩踏在上面）。試求解模型的受力情況，找出薄弱環(huán)節(jié)。
首先我們來分析一下模型情況。從圖中的顏色種類可以看到，模型總共包含了四個零件。分別為卡箍的兩部分（卡緊部分和安裝部分），螺栓和管道。其中卡箍分成兩部分主要是為了劃分網(wǎng)格時可以使用掃掠。
顯然，模型在現(xiàn)實中是互相接觸的，要真實反映這個模型中的受力情況，必須要完整正確地考慮接觸在ANSYS mechanical中的建模。接觸問題是非線性問題，其求解方法、求解器控制、非線性控制等等內(nèi)容都較難掌握，本文只涉及其中的一小部分。
大家都知道，ANSYS workbench提供了六種接觸類型，關(guān)于這六種接觸的大概特點，網(wǎng)上有各種帖子介紹。我畫了個簡單的示意圖如下。forced frictional sliding用到得較少，不再介紹了。
接下來開始正式分析。
一、材料屬性
我們將各個零件分別賦予材料：結(jié)構(gòu)鋼、銅合金和聚乙烯。這三種材料都在ANSYS自帶的標(biāo)準(zhǔn)庫中。
二、網(wǎng)格劃分
網(wǎng)格劃分參考《ANSYS workbench工程實例詳解》，使用了掃掠和多區(qū)的方法，劃分完成后網(wǎng)格情況如下：
使用這種方法畫出來的網(wǎng)格數(shù)目5510個。
展開 ANSYS 接觸分析 - 關(guān)于壓頭與壓痕問題的一個例子
本例是模擬一個壓頭擠壓工件，在工件表面生成壓痕的問題。
壓頭為圓錐體，頭部是一個半徑 0.25 的近似半球，高 10，大端半徑 2.5.其材料是合金鋼，材料性能：
彈性模量 E = 210000 Mpa； 泊松比 μ = 0.3。
工件為一個半徑 5，高度 20 的圓柱體，材料為鋁合金，材料性能為：
彈性模量 E = 71000 Mpa； 泊松比 μ = 0.33。
屈服應(yīng)力 σs = 240 Mpa； 切線模量： Et = 710 MPa
建模時，在壓頭的圓錐頭外表面與工件上表面之間創(chuàng)建面-面接觸對，分別采用柔性目標(biāo)面和剛性目標(biāo)面兩種接觸方式進(jìn)行分析。
建模過程如下：
1 定義單元類型：
定義兩種單元類型：
(1) SOLID185 單元，用于對體積劃分網(wǎng)格；
(2) Mesh200 單元，設(shè)置單元形狀為 4 節(jié)點四邊形：
對圓錐體劃分網(wǎng)格時，準(zhǔn)備先對一個截面劃分面網(wǎng)格，然后掃描為體網(wǎng)格，為此需要定義 Mesh200 定義，用于面網(wǎng)格的劃分。
形狀 MESH200 單元形狀為 4 節(jié)點四邊形，是為了與 8 節(jié)點實體單元SOLID185 的表面網(wǎng)格相匹配。
2 定義兩種材料，其中鋁合金定義為雙線性彈塑性材料：
其中：
材料 1 為合金鋼：
彈性模量 E = 210000 MPa， 泊松比 ν = 0.3；
材料 2 為鋁合金。
展開 ANSYS與ABAQUS比較之實例5---過盈配合問題的接觸分析
本篇博文是一個過盈配合問題的接觸分析，用于模擬機(jī)械裝配過程中壓入式裝配過程。本篇是用ABAQUS做的，后面會有兩篇分別用ANSYS，SOLIDWORKS/SIMULATION對該例子做分析。
【問題描述】
如圖所示的三個零件，紅色的稱為壓頭，白色的稱為內(nèi)圈，青色的稱為底座，內(nèi)圈和底座之間有0.07mm的過盈，現(xiàn)在壓頭上往下加力壓，下壓57mm，要求下壓過程中米塞斯應(yīng)力的變化過程。
已知條件如下：
（1）兩個零件及壓頭的幾何尺寸均已知。(具體尺寸見下面的草圖部分)
（2）壓頭剛性，內(nèi)圈和底座均為鋼材，彈性模量210MPA,泊松比0.3
（3）接觸處：壓頭與內(nèi)圈之間是無摩擦的；內(nèi)圈和底座之間是有摩擦的，摩擦系數(shù)為0.2.
【張建華《ABAQUS基礎(chǔ)入門與案例精通》，電子工業(yè)出版社，2012】
【問題分析】
（1）分析類型。雖然有一個明顯的位移下壓，但是由于速度緩慢，不考慮加速度效應(yīng)，從而使用靜力學(xué)分析。
（2）非線性考慮。接觸非線性：兩處接觸，要做接觸分析；幾何非線性：大位移，要打開大變形開關(guān)；材料為線性。
（3）幾何建模。由于是軸對稱模型，使用軸對稱。內(nèi)圈和底座為變形體，而壓頭為剛體。為了保證收斂，一開始就讓內(nèi)圈伸入到底座3mm。此外，為了免去裝配時調(diào)整裝配位置的麻煩，首先創(chuàng)建一個草圖，在該草圖中創(chuàng)建壓頭，內(nèi)圈和底座的剖面，保證初始的裝配位置，然后使用該草圖分別創(chuàng)建三個部件。
（4）邊界條件。底座的底邊沒有Y位移；為保證計算收斂，壓頭兩次下移，第一次0.001mm,第二次到57mm.
【分析過程】
1. 創(chuàng)建草圖。
創(chuàng)建一個草圖如下：
其中1-2-3-4-5-6：封閉的矩形是壓頭；3-4-8-7粉筆的矩形是內(nèi)圈；9-10-11-12-13-14-15-16封閉的多邊形是底座。
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