約束不足的案例
基于workbench吊裝工況下弱彈簧(Weak Springs)的使用方法
進行計算時直接報錯(也可能計算不收斂)如下，該問題經(jīng)常會遇到，最常見原因就是模型約束不足，產生剛體位移或轉動。
這時需要設置弱彈簧(Weak Springs)選項，手動設置剛度（如下圖，一般不能太大，根據(jù)實際情況調整）
這樣便可以計算了。
檢查弱彈簧上的力值：發(fā)現(xiàn)很小，對計算影響可忽略，設置合理。
檢查固定端的力值：與理論計算值是相符的。
總結：吊裝工況中使用彈簧單元模擬吊繩時，經(jīng)常出現(xiàn)無法計算或不收斂，大概率是模型約束不足導致的（檢查保證沒有其他問題的），使用彈簧單元時經(jīng)常會出現(xiàn)此問題，此時應考慮弱彈簧的使用。
有限元隱式計算中出現(xiàn)負特征值的原因和解決方法
原因及解決方法：
“負特征值”警告信息說明求解過程中生成的剛度矩陣是非正定的，可能原因主要有以下幾種：
1) 約束不足，出現(xiàn)了不確定的剛體位移，通常這個是重點檢查項。約束不足還可能會出現(xiàn)“NUMERICAL SINGULARITY數(shù)值奇異”、“ZERO PIVOT零主元”的警告信息。一般邊界條件的設置相信大家都會保證充分約束，那么最可能的原因是接觸關系的設置。對于綁定的接觸關系，由于網(wǎng)格疏密關系，要檢查是否確實“綁住”了，通過模態(tài)計算就可以驗證了。如果摩擦接觸關系，重點檢查是否存在明顯間隙或干涉，尤其是螺栓連接的位置，螺栓與連接零件之間的位置關系。
2) 異常的材料特性。如果材料具有負的彈性模型、負的應力應變關系和負泊松比等特殊的力學性質，也會出現(xiàn)“負特征值”的警告信息。通常這個原因大家會排除。
3) 出現(xiàn)了翻轉的單元。這往往是因為在分析過程中單元發(fā)生了過度變形。產生大變形，還會出現(xiàn)“NEGATIVE VOLUME負體積”的警告。檢查模型中可能存在大變形的零部件，是否是材料屬性（如密度）、接觸關系（未充分接觸）設置不符合實際情況。
展開 ABAQUS-關于收斂性的六點建議
3) 檢查邊界條件
不收斂的一個常見問題是約束不足。不合理的約束會導致局部的極端變形。約束不合理分為過度約束和約束不足。當約束不足，在某個方向存在剛體位移，即某方向剛度為0，通常會見到零主元警告信息。而過度約束也可能導致零主元警告。雖然Abaqus會自動解決一些過約束問題，但并不總是都能解決，例如過約束是由于加載后發(fā)生接觸才導致的。建議檢查與過約束相關的所有警告消息。不要希望Abaqus解決所有過約束問題，而是自己要正確地定義約束。另外，看一下零主元警告的位置(那里有約束嗎？)。
4) 檢查接觸
接觸也是導致收斂困難的元兇之一。想想看，這并不奇怪，因為接觸的開始會造成力-位移關系的不連續(xù)性，這就增加了用牛頓法求解的難度。這就是為什么Abaqus在接觸發(fā)生變化時發(fā)生嚴重不連續(xù)迭代的原因。
接觸不收斂的一個可能原因是接觸的初始狀態(tài).如果模型中存在依靠接觸來獲得穩(wěn)定（約束），并且最初沒有接觸，那么模擬可能會有不收斂困難。這在施加的是力載荷時常會發(fā)生：基本上力載荷是在不會發(fā)生剛體運動的模型中施加。而最初使用位移控制通常可以解決收斂問題。ABAQUS還提供接觸穩(wěn)定，在接觸前自動控制剛體運動，幫助提高收斂。
在定義接觸控制時，可以使用自動穩(wěn)定。這時也相當于在物體接觸之前施加一個阻尼，這樣就會阻止受載部件的位移而消除剛體運動。因為最后物體還是會接觸上，所以這個阻尼實際上在分析步內是逐漸減小的，最終減為0（默認）。這時建議在結果中檢查ALLSD，如查看ALLSD 與ALLIE的比值（一般認為需小于2%），這在遇到不穩(wěn)定問題時也可以采用。
另一個由于接觸導致不收斂的潛在原因是實際接觸的面組卻沒有定義接觸，這通常會導致不收斂或者極度變形。
展開 【實用功能】ANSYS中的弱彈簧應該怎么用？
求解過程中首先彈出來一個警告：大體意思是沒有足夠的約束對來防止剛體運動，這可能導致求解出現(xiàn)警告或者錯誤。
緊接著又出現(xiàn)一個警告：大體意思是求解過程中由于病態(tài)矩陣出現(xiàn)了警告或錯誤，可能是由于不合理的材料特性、模型約束不足或接觸相關問題造成的。
軟件繼續(xù)求解，便出現(xiàn)了錯誤：大體意思是節(jié)點2253的UY自由度上出現(xiàn)了問題，可能是由于不合理的材料特性、模型約束不足或接觸相關問題造成的。
我們考慮，為什么在2253號節(jié)點上出現(xiàn)了問題了呢？我們的模型在理論力學上很明顯是處于平衡狀態(tài)的，為什么不能求解呢？筆者分析如下：
1.該模型處在一個三維空間內，我們施加兩個力，模型的確在這兩個力的作用下是平衡的，但是此時的模型在空間中處于一種懸浮的狀態(tài)，沒有約束去限制它的運動，只要空間中有一個力，或者某個力偏離了桿的軸線方向，無論這個力有多么小，都會打破這種平衡，從而導致剛體位移。
2.兩端面施加了等值反向共線的力F，軟件在計算過程中，會將力F分配到兩端面的節(jié)點上，分配的過程中難免會有誤差，最終導致在桿的軸線方向上，左右兩端面的力并不平衡，從而導致剛性位移。
這種情況該怎么處理呢？下面介紹兩種方法：
方法一：弱彈簧Weak Springs。
求解前，點擊Analysis Settings，將Solver Controls中的Weak Springs設置為On，彈簧剛度設置為Program Controlled，開啟弱彈簧功能。然后求解。
求解過程中出現(xiàn)了一個警告：大體意思是物體可能會產生剛體運動，軟件把弱彈簧加上了。
展開 
Abaqus應用之常見問題處理 （三）
6）邊界條件缺乏約束：靜力分析中容易犯的錯誤之一是邊界條件不足，此時MSG文件中可能出現(xiàn)數(shù)值奇異或零主元的警告。在建立靜力分析模型時，需為模型的每個實體定義足夠的平動和轉動自由度上的邊界條件，以避免不確定的剛體位移。
7) 利用對稱性建模：建模時應盡量利用對稱性，僅建模1/2、1/4或1/8的部分，以避免不確定的剛體位移，使模型更加穩(wěn)固，并減少收斂難度、縮小模型規(guī)模、縮短計算時間。
8) 靜力平衡：模型中僅依靠兩個外力不足以達到靜力平衡，必須借助邊界條件處的支反力來實現(xiàn)平衡，才能保證靜力平衡方程的位移解唯一，并使靜力分析收斂。
9) 位移優(yōu)先于力載荷：如果可能，優(yōu)先對模型指定位移而非施加力載荷，以降低收斂難度。
10) 邊界條件與自由度：所有不會發(fā)生位移的自由度都應在邊界條件中設為零。在每個分析步中，若某自由度未施加力載荷，需通過邊界條件約束該自由度；若施加了力載荷，則需去掉該自由度上的邊界條件。
11) 先位移后力載荷：施加力載荷前，應先利用位移邊界條件建立平穩(wěn)的接觸關系，然后在下一個分析步中施加力載荷。
12) 摩擦約束的局限性：不要依賴摩擦力來約束剛體的平動和轉動，而應根據(jù)實際工程情況定義盡可能多的邊界條件，因為在分析初期接觸關系尚未建立，摩擦力無法起到約束作用。
13)“零主元”和“過約束”警告：這些警告可能由約束不足或過多引起。如果“過約束”警告僅出現(xiàn)在DAT文件中，而未出現(xiàn)在MSG文件中，則表示ABAQUS已自動解決該問題，無需用戶修改模型；若警告出現(xiàn)在MSG文件中，則需檢查并更正約束問題。
14）“負特征值”警告：該警告可能因約束不足、單元翻轉或材料異常引起，但不一定表示模型有錯誤。只要此警告不出現(xiàn)在增量步的最后一次迭代中，通常沒有問題。
展開 新課程：精細化軌道-橋梁耦合振動模型建模與分析
主要知識點：
橫向節(jié)點數(shù)目不匹配的兩種處理方式
矩陣奇異原因：約束不足
MinMax材料本構
單向受壓材料ENT
TwoNodeLink單元
Concrete02材料本構參數(shù)取值
Steel02材料本構
理想彈塑性本構ElasticPP
PS：由于本課程介紹的模型為本人碩士畢業(yè)論文中所用案例，后續(xù)可能用于發(fā)表文章，故不提供完整命令流和Word文檔，僅提供涉及知識點的代碼，介意勿拍。
ABAQUS常見錯誤——個人經(jīng)驗總結（持續(xù)更新2024.10.18） ￥19.89
This could be caused due to instabilities in the base state</p><p>錯誤原因：約束不夠</p><p>解決方法：增加約束（找出模型中約束不足的地方，尤其是耦合的位置）</p><p><img src="https://img.jishulink.com/msimage/202407/858c0a860eadd9f345512899012c2e30.png"></p><p>提取頻率錯誤：THE LANCZOS SOLVER HAS FAILED TO FIND ALL THE EIGENVALUES</p><p>解決辦法：在如下關鍵詞中</p><p>*Frequency, eigensolver=Lanczos, acoustic coupling=on, normalization=displacement, number interval=1, bias=1.</p><p>10, , , , ,</p><p>刪除“, number interval=1, bias=1.”語句即可</p><p><br></p><p>先一般分析后屈曲分析：MASS OR DIFFERENTIAL STIFFNESS MATRIX IS COMPLETELY NULL. THE EIGENPROBLEM CANNOT BE SOLVED.</p><p>錯誤信息：MASS OR DIFFERENTIAL STIFFNESS MATRIX IS COMPLETELY NULL. THE EIGENPROBLEM CANNOT BE SOLVED.
展開 ANSYS與ABAQUS比較之實例3---矩形截面簡支梁的彈塑性分析--第2篇
（6）施加位移邊界，約束左下角點的x,y方向位移和約束右下角點的y方向位移。
（7）施加載荷邊界，在上面的線上施加豎直向下的均布載荷，大小為8MPa。
（8）保持默認的求解算法設置，進行求解。
這時，我們發(fā)現(xiàn)求解并不收斂，查看求解信息，我們可以看到，由于47號節(jié)點在UY的位移值為4033815.42m，該值大于軟件設置的最大位移上限值，提示我們檢查約束設置，可能是產生了剛性位移。然而對于這個問題來說，并不是約束不足而產生的剛性位移，而最大可能就是材料非線性的求解算法問題，但是在ANSYS中修改其他算法，皆無法求解收斂。下面將修改壓力值看看是否收斂。
（9）減少均布壓力值為6MPa，再次進行求解，這時我們發(fā)現(xiàn)，這次是可以求解收斂。
查看等效應力，最大值為410.47MPa。
查看等效應變。
2.結論
（1）在理想的彈塑性材料模型下，當施加的載荷過大時，ANSYS求解很難收斂，而ABAQUS求解容易收斂。
（2）在查看米塞斯應力時，ANSYS中最大的米塞斯應力值大于設置的屈服強度值，而在ABAQUS中最大的米塞斯應力值剛好等于設置屈服強度值，這說明二者在危險點所采用應力準則可能是不一樣的，就是說，ANSYS是否是用危險點的最大正應力在與屈服應力比較，而ABAQUS則是用危險點的米塞斯應力與屈服應力在比較。
從這個實例看出，ANSYS在材料非線性求解算法方面確實沒有ABAQUS算法好，當然，有可能是本人（宋老師學生）水平有限，并沒有在ANSYS中找到合適的方法來求解收斂，這里歡迎各位CAE朋友多多指教，謝謝！
來源：宋博士的博客，版權歸作者所有。
展開 螺紋連接松動機理有限元仿真分析...
2.3 計算收斂性分析
螺紋連接結構的有限元模型中存在著復雜的摩擦 接觸，將從約束不足、出現(xiàn)大穿透和模型結構幾個方 面對有限元模型的收斂性進行分析。約束不足容易導 致模型出現(xiàn)剛體位移，引起計算不收斂，在求解過程 中可以通過力收斂曲線進行判斷，即當力收斂值小于 標準值時，子步收斂，否則會發(fā)生平分。當出現(xiàn)剛體 位移時，可通過模態(tài)分析查找頻率為 0 的零件，確定 約束不足的地方。在分析過程中出現(xiàn)較大的穿透也會 導致計算不收斂，穿透可以在后處理模塊中的圖像中 直觀顯示，也可在接觸工具中查看具體穿透值。分析 表明不僅穿透量的絕對值大小可以影響收斂速度，穿 透量的變化快慢也會影響分析收斂速度。如圖 5 是螺 紋連接結構在靜力學分析下的收斂曲線。
2.4 結果分析
在該模型中，結構特征對計算收斂性的影響較大， 螺栓與螺母螺紋接觸面之間的間隙和螺母與被連接件 之間的間隙會導致計算不收斂，將接觸改為無間隙會 得到合理結果。
通過建立數(shù)學模型得到理論計算值將其和仿真得 到的結果做對比。在擰緊螺栓的過程中擰緊力矩 T 需 要克服兩種力矩，一種是螺栓與螺母螺紋接觸面之間 的摩擦阻力矩 T1，一種是螺母和支承面之間的摩擦力 產生的力矩 T2 [13]。
展開 關于接觸非線性相關知識匯總
–接觸初始打開，通常意味著將有約束不足，導致剛體位移！
–瞬態(tài)問題不存在這一問題
?處理方法：
–如果的確存在打開的情況，改用瞬態(tài)求解或加弱彈簧和輔助約束
–如果僅僅是建模和離散誤差，則需使用初始狀態(tài)調整
–也可人為加入接觸間隙和穿透，模擬過盈裝配等！
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ABAQUS中橡膠大變形問題的一些解決辦法
約束的設置
可能的情況下，應當增加約束，可以增大求解的成功的可能，而約束不足容易產生奇異解，比如橡膠“到處亂跑”。比如本模型中，可以對橡膠下方的接觸點全約束，而橡膠上方的接觸點只允許豎直方向的移動。
網(wǎng)格
網(wǎng)格的疏密、網(wǎng)格劃分技術（Mesh controls）和單元類型的選擇，對計算的成敗影響很大。只能具體問題具體分析，可參考石亦平的《ABAQUS有限元分析實例詳解》。劃分好網(wǎng)格后最好使用verify來檢查一下網(wǎng)格的質量，發(fā)生扭曲的地方要改善網(wǎng)格質量。變形嚴重的地方需要細化網(wǎng)格。優(yōu)先選用線性單元，高階單元容易發(fā)生單元畸變，易于導致計算失敗和不準確的結果。
展開 
ABAQUS四旋翼無人飛行器仿真分析
因此，用有限元對其進行靜力學分析時，存在約束不足的問題
在實際處理時，可對該結構施加相應的慣性載荷，將之轉化為準靜態(tài)問題，進而施加約束于剛體運動自由度。本文利用慣性釋放（Ｉｎｅｒｔｉａｒｅｌｉｅｆ）法，在飛行器上自動施加慣性載荷以保證結構的受力平衡。
力學仿真結果及分析
1.旋翼升力與自重作用下的仿真分析
該旋翼無人飛行器工作時，旋翼單軸最大升力為８ｋｇ（電機功率為１．２ｋＷ，短時工作１０ｍｉｎ）。考慮最大升力及結構的自重時，該旋翼飛行器結構的應力云圖及變形云圖如圖３所示。
圖３ 旋翼升力與自重作用下的應力云圖及變形云圖
旋翼無人飛行器的最大變形（０．６２ｍｍ）位于螺旋槳處。鋁合金結構的最大應力為４０．１５ＭＰａ，位于任務載荷連接框與系留纜繩連接桿間連接孔處；復合材料結構最大應力為２４．４４ＭＰａ，位于中心架的安裝孔處。結構的變形和應力均較小，具有較高的安全裕度，不會發(fā)生破壞。
安全裕度計算公式為
MS＝σｓ
σｍａｘf－１
式中：MS為安全裕度；σｓ為最大許用應力；σｍａｘ為計算得到的最大應力；f為安全系數(shù)，本文取１．５。
2.旋翼升力與風載荷作用下的仿真分析
作用于該飛行器上的風載荷用下列公式表示：
F＝CvqA
式中：q為動壓，與空氣密度有關，標準大氣壓下，溫度在１５℃時，空氣密度ρ為０．１２５ｋｇ?ｓ２／ｍ４，此時q＝０．５ρv２；Cv為風力系數(shù)，對于平板取值１．０，圓柱狀取值０．５；A為結構的特征面積，按照結構的有效迎風投影面積取值；v為風速，按照總體設計要求，取８ｍ／ｓ。考慮最大旋翼升力及風載荷同時作用，該旋翼飛行器結構的應力云圖及變形云圖如圖４所示。
圖４ 旋翼升力與風載作用下的應力云圖及變形云圖
旋翼無人機的最大變形（０．６４ｍｍ）位于螺旋槳處。
展開 Abaqus不收斂怎么辦？
3.總結
最后總結一下
首先我們需要根據(jù)報錯內容排查不收斂的原因，很多時候不收斂都是由于模型本身的問題，例如：邊界約束不足、部件重復導入、材料屬性輸入錯誤、網(wǎng)格質量太差等等。
還有一些不收斂是由于復雜模型以及邊界條件造成的，例如模型涉及到接觸時發(fā)生不收斂(這里我寫了一篇文章，大家可以參考里面的接觸設置進行調整開車小王子：有限元學習日記?(Abaqus中的接觸詳解))，可以修改主從接觸面；讓從面網(wǎng)格更密；修改接觸參數(shù)；增加接觸阻尼。
上述方法都嘗試過后，可以試著調整默認的收斂參數(shù)。也就是上文提到的 。但是這里要謹慎，因為這很有可能影響最終計算結果的精度。
最最后，大家收藏了記得點贊、關注一下呀！碼字不易，謝謝大家了！
展開 分概念
如果計算模型中將索單元在交叉處打斷形成共享節(jié)點，則將導致單元在交叉點處約束不足，形成剛體運動，計算出現(xiàn)剛度矩陣奇異錯誤。其解決辦法為將交叉節(jié)點消除，單元直接連通即可。
(2)單元之間沒有形成連通域，這種情況主要反映在精細化局部實體分析的時候。根據(jù)CAD建立的幾何模型通常為多個零件(PART)組裝而成的組件(ASSEMBLE)，零件之間的交界面僅在幾何上接觸，并無共享的接觸面、線、點，即零件之間沒有形成連通域，其直接后果便是單元劃分以后，網(wǎng)格完全不連續(xù)或者局部不連續(xù)，單元零件之間無法傳遞力學響應結果或相互的約束，甚至造成剛體運動，求解失敗。其解決辦法是在CAD程序里面進行布爾運算，通過切割、交集、并集等手段實現(xiàn)幾何體的連通。
3.3 單元選擇
CAE分析中廣泛使用到一系列單元，如梁單元、桁架單元、索單元、實體單元、殼體單元、平板單元等。選擇不同單元的原則有兩點：其一為分析所需要考查的信息，比如混凝土梁，當僅關心的單元宏觀的內力響應指標，如彎矩、剪力、軸力時，則采用桿系梁單元，即可以采集到工程所需的力學指標。但是，當需要考察混凝土梁的裂縫開裂、應力沿斷面的分布狀況時，則需要采用實體單元，再比如混凝土板，當需要考查其帶裂縫工作性能時，則需要采用實體單元，否則無法獲得裂縫在板厚度方向上的分布情況。當然，個別CAE程序采用在殼單元厚度方向上增加積分點的方式來近似模擬板厚度方向的力學響應結果，則另當別論。其二為根據(jù)具體工程單元主要工作特性，在工程分析中，有些時候工程師容易犯形而上學的錯誤，以索單元和梁單元為例，當結構分析需要考察的是構件的受拉特性，或者說構件實際工作特性主要以受拉為主的時候，這時候可以采用索單元模擬，但是，當需要考察柔性構件的垂度效應時，則可以采用降低抗彎剛度和抗剪剛度的梁單元來分段模擬拉索，從具體構件的工作特性抽象出對應的力學模型，是單元選擇最重要的原則。
展開 使用Abaqus FEA解決不收斂的6個技巧
3）檢查邊界條件
不收斂的原因之一是邊界條件不足。邊界條件不合理會導致局部極端變形。模型也可以是受限的。在約束不足的情況下，并非所有的剛體運動都被抑制，從而導致一個或多個自由度為零的剛度，并且通常為零軸警告。過度約束也容易引起零軸警告。盡管Abaqus會檢查過度約束并嘗試解決它們，但并非總是可能的，例如，如果過度約束由于接觸而在一段時間后開始發(fā)生。建議檢查所有與過度約束有關的警告消息。不要以為Abaqus會正確解決過度約束，而是自己正確定義約束。也，
4）檢查聯(lián)系方式
接觸也是促成融合困難的主要因素。想一想，這并不奇怪，因為接觸的開始使力-位移關系不連續(xù)，這增加了用牛頓法尋找解決方案的難度。這就是為什么在接觸改變時Abaqus使用單獨的嚴重不連續(xù)迭代的原因。
接觸不收斂的一種可能來源是接觸的初始狀態(tài)。如果問題取決于觸點的穩(wěn)定性，并且最初不存在觸點，則仿真可能會出現(xiàn)啟動困難。尤其是在使用載荷控制的情況下：基本上，載荷會施加到?jīng)]有剛度的物體上，并且會發(fā)生剛體運動。（最初）使用位移控制來確保發(fā)生接觸通常可以解決收斂問題。Abaqus還提供接觸穩(wěn)定功能，以幫助在接觸之前自動控制剛體在靜態(tài)問題中的運動。
這可以通過使用自動穩(wěn)定在觸點控件中定義。必須指定在交互定義中使用接觸控件。通過自動穩(wěn)定功能，當表面彼此靠近但不接觸時會施加阻尼，因此存在被加載部件位移的阻力，并且剛體運動不再可能。因為這是為了允許表面接觸，所以在應用阻尼的過程中，默認將阻尼降低到0。建議檢查粘性耗散是否太大，例如將ALLSD與ALLIE進行比較。也可以應用第6點中提到的解決不穩(wěn)定性的技術。
接觸不收斂的另一個潛在原因是沒有為實際接觸的表面定義接觸，這可能導致不切實際的結果，非常大的變形和不收斂。自接觸例如可以容易地被忽略。當使用Abaqus強大的常規(guī)聯(lián)系方式時，通常不會發(fā)生這種情況。
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