不收斂問題的案例
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行詳細的講解：
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 大多數(shù)Fluent不收斂問題的通用解決辦法
當感染是由多種細菌引起的，或者不清楚是哪種細菌引起的時候，就會考慮盡量用廣譜的抗生素，因為能夠覆蓋更多可能的病原。
與之對應(yīng)的就是“窄譜抗生素”，它是專門殺滅某一種或一類細菌的藥物；當然，此類藥物的應(yīng)用場景就比較小了，我們通常需要對感染部位進行一系列的細菌培養(yǎng)，才能確定細菌的種類，再對癥下藥。
抗生素是常見的消炎藥
如果我們將Fluent的算例比喻成正常的人體，那么出現(xiàn)的問題（比如計算不收斂、發(fā)散等情況）就可以看作是一種病癥，需要有針對性的進行處理。當然，對于特定的錯誤，產(chǎn)生問題的原因是非常多的：比如網(wǎng)格問題、物理模型選擇、邊界條件設(shè)定、求解設(shè)置等。每個案例情況不一樣，解決的方法也各不相同，大多數(shù)情況都需要“窄譜抗生素”來進行具體問題的具體分析。
Fluent案例的“病”，通常會表現(xiàn)為“計算不收斂”這一癥狀
顯然，解決這些個性化的問題，需要工程師具備有相當豐富的軟件操作能力和行業(yè)使用經(jīng)驗，才能夠順利完成任務(wù)，這些并不是在短時間內(nèi)能夠快速掌握的技巧。因此，本文嘗試推薦一種“廣譜抗生素”來應(yīng)對Fluent案例常見的“不收斂”問題，而且經(jīng)過實踐證明，這一方法對于大多數(shù)的情況還是有一定效果的。
本次局部“廣譜抗生素”的藥方就是：局部加密網(wǎng)格。
網(wǎng)格自適應(yīng)技術(shù)可以高效加密局部網(wǎng)格
我們都知道，F(xiàn)luent網(wǎng)格的要求通常要滿足兩個條件，一是效率、二是準確。如果所有位置的網(wǎng)格都非常密，那么計算效率一定很低；相反，如果所有位置的網(wǎng)格都很稀疏，那么求解的準確性就會收到影響。
所以，最為優(yōu)質(zhì)的網(wǎng)格就是：該密的位置密，該稀疏的位置稀疏。
那么哪些位置需要密的網(wǎng)格呢？兩個位置，一是精細幾何細節(jié)的位置（曲邊、狹縫等），二是有大梯度變量的位置。除此之外的區(qū)域，都要求使用粗網(wǎng)格，從而提高計算效率。
展開 大多數(shù)Fluent不收斂問題的通用解決辦法
當感染是由多種細菌引起的，或者不清楚是哪種細菌引起的時候，就會考慮盡量用廣譜的抗生素，因為能夠覆蓋更多可能的病原。
與之對應(yīng)的就是“窄譜抗生素”，它是專門殺滅某一種或一類細菌的藥物；當然，此類藥物的應(yīng)用場景就比較小了，我們通常需要對感染部位進行一系列的細菌培養(yǎng)，才能確定細菌的種類，再對癥下藥。
抗生素是常見的消炎藥
如果我們將Fluent的算例比喻成正常的人體，那么出現(xiàn)的問題（比如計算不收斂、發(fā)散等情況）就可以看作是一種病癥，需要有針對性的進行處理。當然，對于特定的錯誤，產(chǎn)生問題的原因是非常多的：比如網(wǎng)格問題、物理模型選擇、邊界條件設(shè)定、求解設(shè)置等。每個案例情況不一樣，解決的方法也各不相同，大多數(shù)情況都需要“窄譜抗生素”來進行具體問題的具體分析。
Fluent案例的“病”，通常會表現(xiàn)為“計算不收斂”這一癥狀
顯然，解決這些個性化的問題，需要工程師具備有相當豐富的軟件操作能力和行業(yè)使用經(jīng)驗，才能夠順利完成任務(wù)，這些并不是在短時間內(nèi)能夠快速掌握的技巧。因此，本文嘗試推薦一種“廣譜抗生素”來應(yīng)對Fluent案例常見的“不收斂”問題，而且經(jīng)過實踐證明，這一方法對于大多數(shù)的情況還是有一定效果的。
本次局部“廣譜抗生素”的藥方就是：局部加密網(wǎng)格。
網(wǎng)格自適應(yīng)技術(shù)可以高效加密局部網(wǎng)格
我們都知道，F(xiàn)luent網(wǎng)格的要求通常要滿足兩個條件，一是效率、二是準確。如果所有位置的網(wǎng)格都非常密，那么計算效率一定很低；相反，如果所有位置的網(wǎng)格都很稀疏，那么求解的準確性就會收到影響。
所以，最為優(yōu)質(zhì)的網(wǎng)格就是：該密的位置密，該稀疏的位置稀疏。
那么哪些位置需要密的網(wǎng)格呢？兩個位置，一是精細幾何細節(jié)的位置（曲邊、狹縫等），二是有大梯度變量的位置。除此之外的區(qū)域，都要求使用粗網(wǎng)格，從而提高計算效率。
展開 大多數(shù)Fluent不收斂問題的通用解決辦法
對于成熟的Fluent案例，出現(xiàn)計算不收斂的情況是非常正常的，此時，有針對性的加密大梯度變量區(qū)域的網(wǎng)格，能夠有效減少數(shù)值振蕩，從而加速收斂。可以認為是一劑非常可靠的“廣譜抗生素”。
廣譜抗生素是常見的消炎藥，如阿奇霉素、頭孢等。當感染是由多種細菌引起的，或者不清楚是哪種細菌引起的時候，就會考慮盡量用廣譜的抗生素，因為能夠覆蓋更多可能的病原。
與之對應(yīng)的就是“窄譜抗生素”，它是專門殺滅某一種或一類細菌的藥物；當然，此類藥物的應(yīng)用場景就比較小了，我們通常需要對感染部位進行一系列的細菌培養(yǎng)，才能確定細菌的種類，再對癥下藥。
抗生素是常見的消炎藥
如果我們將Fluent的算例比喻成正常的人體，那么出現(xiàn)的問題（比如計算不收斂、發(fā)散等情況）就可以看作是一種病癥，需要有針對性的進行處理。當然，對于特定的錯誤，產(chǎn)生問題的原因是非常多的：比如網(wǎng)格問題、物理模型選擇、邊界條件設(shè)定、求解設(shè)置等。每個案例情況不一樣，解決的方法也各不相同，大多數(shù)情況都需要“窄譜抗生素”來進行具體問題的具體分析。
Fluent案例的“病”，通常會表現(xiàn)為“計算不收斂”這一癥狀
顯然，解決這些個性化的問題，需要工程師具備有相當豐富的軟件操作能力和行業(yè)使用經(jīng)驗，才能夠順利完成任務(wù)，這些并不是在短時間內(nèi)能夠快速掌握的技巧。因此，本文嘗試推薦一種“廣譜抗生素”來應(yīng)對Fluent案例常見的“不收斂”問題，而且經(jīng)過實踐證明，這一方法對于大多數(shù)的情況還是有一定效果的。
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(nèi)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(xué)方程，當前求解至于前一時刻的速度與位移有關(guān)，求解過程無需迭代，是有條件穩(wěn)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(wěn)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(chǔ)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(wǎng)格問題、關(guān)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(jīng)驗的CAEer都能自行解決。
2.不收斂的本質(zhì)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(zhì)是什么？
對于線性系統(tǒng)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(jù)外力與內(nèi)力平衡求解出各個節(jié)點的位移，根據(jù)位移再求解應(yīng)力、應(yīng)變等。對于非線性系統(tǒng)，載荷與位移的關(guān)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隱式分析不收斂該怎么辦？
四、模型收斂控制的常用方法
排除由于模型設(shè)置問題導(dǎo)致的不收斂情況后，可以通過以下設(shè)置增加收斂性：
1）增量步控制：增大允許的最大增量步數(shù)量、減小允許的最小增量步大小、增加允許的不收斂增量步數(shù)量IA（參考第二部分內(nèi)容）；
2）如果是由于材料軟化、失效導(dǎo)致的不收斂問題，可以嘗試改善網(wǎng)格質(zhì)量、修改單元類型，如果還是不行，則在材料模型、單元類型或分析步中增加阻尼，阻尼設(shè)置看第五部分內(nèi)容；
3）如果是接觸導(dǎo)致的不收斂，可以修改接觸類型、調(diào)整接觸參數(shù)，如果還不行則增加接觸阻尼；
4）上面三種調(diào)整后均無法收斂，則更換分析類型，采用Standard動力學(xué)或Explicit分析類型等。
五、萬能和萬惡的阻尼
說阻尼是萬能的，是因為它可以極大改善模型的收斂性，實現(xiàn)復(fù)雜非線性問題的收斂；說阻尼是萬惡的，因為它可以掩蓋一些模型錯誤，從而提供失真甚至不合理的結(jié)果，因此大家不能過分依賴它！
切記第四部分的不收斂處理流程，首先排查模型的自身問題，最后才引入阻尼。
阻尼的添加方式主要有四種：
①材料阻尼或自穩(wěn)定系數(shù)，CDP模型中就有viscosity；部分損傷材料提供Stablization Cohesive系數(shù)；動力分析中可以定義Damping，但是對于靜力分析，材料Damping定義是無作用的；
②單元自穩(wěn)定系數(shù)，不是所有單元都有的，其中Cohesive單元經(jīng)常會定義上；
③自動穩(wěn)定設(shè)置，類似全局阻尼，可以避免由于塑性絞/帶、屈曲或失穩(wěn)導(dǎo)致的不收斂問題；
④接觸阻尼或自穩(wěn)定系數(shù)，接觸屬性中可以定義阻尼；接觸控制中定義阻尼自穩(wěn)定系數(shù)，不太常用，位于Interaction模塊->Contact Controls（接觸對）或Contact Stabilization（通用接觸），如果沒有接觸問題就不用定義。
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
三、不收斂的原因的排查過程
進入任務(wù)計算階段后：
1）如果最開始就出現(xiàn)1U至5U的不收斂問題，可能有以下原因：邊界條件約束不足（欠約束）、重復(fù)導(dǎo)入部件（導(dǎo)致欠約束）、初始荷載過大、初始應(yīng)力導(dǎo)致的材料塑性（Geostatic分析步）、單位制未統(tǒng)一（間接導(dǎo)致剛度過小和荷載過大）等；
2）如果是隨著計算到中期或后期才出現(xiàn)不收斂情況，就需要根據(jù)已有的計算結(jié)果和模型情況進行判斷，不收斂原因主要有：材料軟化、失效、屈曲、接觸非線性、溫度（或其它場量）的驟變等；
3）隨著加載的進行，出現(xiàn)畸變單元而導(dǎo)致終止，這個一般不是收斂問題，而是無法計算單元剛度矩陣從而無法組裝整體剛度矩陣。通常需要網(wǎng)格重劃分獲得更好的網(wǎng)格質(zhì)量、調(diào)整網(wǎng)格類型或采用其他大變形計算方法（ALE、CEL、SPH等）進行控制。
四、模型收斂控制的常用方法
排除由于模型設(shè)置問題導(dǎo)致的不收斂情況后，可以通過以下設(shè)置增加收斂性：
1）增量步控制：增大允許的最大增量步數(shù)量、減小允許的最小增量步大小、增加允許的不收斂增量步數(shù)量IA（參考第二部分內(nèi)容）；
2）如果是由于材料軟化、失效導(dǎo)致的不收斂問題，可以嘗試改善網(wǎng)格質(zhì)量、修改單元類型，如果還是不行，則在材料模型、單元類型或分析步中增加阻尼，阻尼設(shè)置看第五部分內(nèi)容；
3）如果是接觸導(dǎo)致的不收斂，可以修改接觸類型、調(diào)整接觸參數(shù)，如果還不行則增加接觸阻尼；
4）上面三種調(diào)整后均無法收斂，則更換分析類型，采用Standard動力學(xué)或Explicit分析類型等。
展開 【轉(zhuǎn)載】Fluent中殘差曲線continuity不收斂的問題
continuity不收斂的問題
（1）連續(xù)性方程不收斂是怎么回事？
在計算過程中其它指數(shù)都收斂了，就continuity不收斂是怎么回事。
這和fluent程序的求解方法SIMPLE有關(guān)。SIMPLE根據(jù)連續(xù)方程推導(dǎo)出壓力修正方法求解壓力。由于連續(xù)方程中
流場耦合項被過渡簡化，使得壓力修正方程不能準確反映流場的變化，從而導(dǎo)致該方程收斂緩慢。
你可以試驗SIMPLEC方法，應(yīng)該會收斂快些。
在計算模擬中，continuity總不收斂，除了加密網(wǎng)格，還有別的辦法嗎？別的條件都已經(jīng)收斂了，就差它自己
了，還有收斂的標準是什么？是不是到了一定的尺度就能收斂了，比如10－e5具體的數(shù)量級就收斂了
continuity
是質(zhì)量殘差，具體是表示本次計算結(jié)果與上次計算結(jié)果的差別，如果別的條件收斂了，就差它。可
以點report，打開里面FLUX選項，算出進口與出口的質(zhì)量流量差，看它是否小于0.5%.如果小于，可以判斷它
收斂.
(2)
fluent殘差曲線圖中continuity是什么含義？
是質(zhì)量守恒方程的反映，也就是連續(xù)性的殘差。這個收斂的快并不能說明你的計算就一定正確，還要看動量
方程的迭代計算。
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
三、不收斂的原因的排查過程
進入任務(wù)計算階段后：
1）如果最開始就出現(xiàn)1U至5U的不收斂問題，可能有以下原因：邊界條件約束不足（欠約束）、重復(fù)導(dǎo)入部件（導(dǎo)致欠約束）、初始荷載過大、初始應(yīng)力導(dǎo)致的材料塑性（Geostatic分析步）、單位制未統(tǒng)一（間接導(dǎo)致剛度過小和荷載過大）等；
2）如果是隨著計算到中期或后期才出現(xiàn)不收斂情況，就需要根據(jù)已有的計算結(jié)果和模型情況進行判斷，不收斂原因主要有：材料軟化、失效、屈曲、接觸非線性、溫度（或其它場量）的驟變等；
3）隨著加載的進行，出現(xiàn)畸變單元而導(dǎo)致終止，這個一般不是收斂問題，而是無法計算單元剛度矩陣從而無法組裝整體剛度矩陣。通常需要網(wǎng)格重劃分獲得更好的網(wǎng)格質(zhì)量、調(diào)整網(wǎng)格類型或采用其他大變形計算方法（ALE、CEL、SPH等）進行控制。
四、模型收斂控制的常用方法
排除由于模型設(shè)置問題導(dǎo)致的不收斂情況后，可以通過以下設(shè)置增加收斂性：
1）增量步控制：增大允許的最大增量步數(shù)量、減小允許的最小增量步大小、增加允許的不收斂增量步數(shù)量IA（參考第二部分內(nèi)容）；
2）如果是由于材料軟化、失效導(dǎo)致的不收斂問題，可以嘗試改善網(wǎng)格質(zhì)量、修改單元類型，如果還是不行，則在材料模型、單元類型或分析步中增加阻尼，阻尼設(shè)置看第五部分內(nèi)容；
3）如果是接觸導(dǎo)致的不收斂，可以修改接觸類型、調(diào)整接觸參數(shù)，如果還不行則增加接觸阻尼；
4）上面三種調(diào)整后均無法收斂，則更換分析類型，采用Standard動力學(xué)或Explicit分析類型等。
展開 Ansys非線性不收斂10大對策：讓你有“跡”可循，有“法”可醫(yī)
l 檢查結(jié)構(gòu)是否出現(xiàn)屈曲失穩(wěn)：如果我們分析的結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)變形過程中出現(xiàn)了屈曲、剛度突變的情況，也是非線性不收斂的一個重要原因，此時需要采取增加增加結(jié)構(gòu)阻尼或者使用弧長法來克服此類問題。
l 檢查接觸的設(shè)置：接觸是一個狀態(tài)非線性問題，很多結(jié)構(gòu)不收斂的原因主要由接觸引起，此時可以通過調(diào)整不同的接觸參數(shù)來改善收斂性，例如更改接觸行為方式，法向罰剛度因子，pinball范圍大小，接觸探測方法等等。
l 檢查非線性求解器的選擇：Ansys默認的求解方法是迭代法（iterative），該方法求解快，需要內(nèi)存較少，大多數(shù)情況，該方法是可行的。但有時候為了追求精度更高，更具有魯棒性，直接迭代法（direct）或許能更好的收斂。
l 嘗試用新版本。ANSYS更新的版本或許針對求解器，針對接觸有更新、更好的設(shè)置。例如隨著版本不斷更新，ANSYS陸續(xù)增加了自適應(yīng)網(wǎng)格技術(shù)、接觸剛度指數(shù)迭代技術(shù)、半隱式算法等等來幫助客戶應(yīng)對更復(fù)雜的收斂問題。
總結(jié)
仿真分析中我們經(jīng)常會使用非線性分析來解決工程中的實際問題，其中遇到的不收斂問題是一件讓人非常“頭疼”的事情。ANSYS Mechanical具有很強的非線性分析計算能力，針對狀況百出的非線性不收斂問題具有不同的應(yīng)對策略，某種程度上讓我們解決這類問題時，能有“跡”可循，有“法”可醫(yī)。
展開 continuity不收斂的問題
一般來說，隨著courantnumber的從小到大的變化，收斂速度逐漸加快，但是穩(wěn)定性逐漸降低。所以具體的問題，在計算的過程中，最好是把courantnumber 從小開始設(shè)置，看看迭代殘差的收斂情況，如果收斂速度較慢而且比較穩(wěn)定的話，可以適當?shù)脑黾觕ourantnumber 的大小，根據(jù)自己具體的問題，找出一個比較合適的courant number，讓收斂速度能夠足夠的快，而且能夠保持它的穩(wěn)定性。SIMPLE算法是根據(jù)連續(xù)方程推導(dǎo)出壓力修正方法求解壓力。由于連續(xù)方程中流場耦合項被過渡簡化，使得壓力修正方程不能準確反映流場的變化，從而導(dǎo)致該方程收斂緩慢。
展開 
幾何非線性不收斂問題要怎么辦
做幾何非線性屈曲分析，一直不收斂，實在是頭疼
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？
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)域細化網(wǎng)格，以減少反復(fù)進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)置程序默認值以實現(xiàn)快速收斂和準確的解。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”，表明存在剛體運動。
展開 fluent模擬相變材料的問題，初始化的時候出現(xiàn)警告，后續(xù)計算一直不收斂
fluent模擬相變材料的問題，初始化的時候出現(xiàn)警告，后續(xù)計算一直不收斂
