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提高ANSYS非线性求解收敛性能的常用方法

2017年12月31日 CAE 阅读 7,869 views 次

在采用ANSYS进行几何非线性的求解过程中,如果采用系统的默认设置,有可能会因为参数的不合适而导致收敛困难。针对Ansys的非线性求解收敛困难,本文总结几种比较常见的调整方法。

1 打开自动时间步( automatic time stepping)

ANSYS在所有静态和瞬态分析中,都使用时间作为跟踪参数,而不论分析是否依赖于时间。当我们收敛困难时,一个非常重要的方法是打开自动时间步。打开自动时间步的APDL命令如下:

AUTOTS, ON

也可以通过菜单 Solution>Analysis Type>Sol'n Controls>Basic,在Automatic time stepping中选择ON来打开自动时间步。

打开自动时间步往往需要一个比较小的最小时间步长(或者最大的步数),可采用APDL命令DELTIM或者NSUBST定义。也可以通过菜单 Solution>Analysis Type>Sol'n Controls>Basic,在Number of substeps或Time increment下部定义。

在进行非线性求解过程中,初始时间步长如果太小,自动时间分步算法可能使你的运行时间太长;相反地,如果你的最小时间步长太大,可能导致不收敛。因此合理设置初始时间步长是非常重要的,一般可以根据试算确定。

值得说明的是,当采用自动时间步长后,二分法会被自动激活。如果在一个太大时间步内收敛失败,该特性能减半时间步,使得计算继续。

2 Newton-Raphson 选项调整与自适应下降

在非线性计算收敛困难时,可以调整程序默认的牛顿—拉普森选项。虽然一般情况下采用自动默认的选项会获得最佳的收敛特性,但在某些特殊情况下合理使用自适应下降因子也能增加某些非线性单元的收敛情况。

3 线性搜索( line search)

线性搜索可以看作是对自适应下降的一个替代,两者不应同时使用。线性搜索一般情况下能使得分析得到收敛,但随之带来的是求解速度的大幅度降低,特别是针对有材料非线性的情况。一般而言,当结构采用力加载或者刚度增长的薄膜等类似分析时,可以打开线性搜索,打开线性搜索的APDL命令为LNSRCH。也可通过菜单 Solution>Analysis Type>Sol'n Controls>Nonlinear,在Line search中进行设置。

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