ANSYS熱分析不收斂的原因

2016-10-17 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

下面是一個(gè)熱電耦合分析的非線性收斂圖,關(guān)于溫度的ht flow項(xiàng)總不收斂,不知道錯(cuò)在何處,而且這個(gè)數(shù)據(jù)波動這么大,是不是也不符合要求呢?其中,溫度場中只給了kxx參數(shù),和初始溫度與邊界溫度。

個(gè)人認(rèn)為可能有以下幾個(gè)方面的原因:

1.放松非線性收斂準(zhǔn)則。
(CNVTOL #Sets convergence values for nonlinear analyses).
2.增加荷載步數(shù)。
(NSUBST #Specifies the number of substeps to be taken this load step)
3.增加每次計(jì)算的迭代次數(shù)(默認(rèn)的25次)
(NEQIT #Maximum number of equilibrium iterations allowed each substep)
4 重新劃分單元試試,后續(xù)會得到不同的答案,網(wǎng)格質(zhì)量有時(shí)會直接影響計(jì)算。

5、換一種單元試試,比如說用SOLID45代替SOLID185單元

6、我還遇到過這種情況,由于在ANSYS溫度場計(jì)算的時(shí)候定義了接觸,而進(jìn)入結(jié)構(gòu)計(jì)算的時(shí)候卻忘了要把接觸的自由度由TEMP改為UX/UY/UZ,否則必然不會收斂。這個(gè)小細(xì)節(jié)很容易忽略。

影響非線性收斂穩(wěn)定性及其速度的因素很多:
1、模型——主要是結(jié)構(gòu)剛度的大小。對于某些結(jié)構(gòu),從概念的角度看,可以認(rèn)為它是幾何不變的穩(wěn)定體系。但如果結(jié)構(gòu)相近的幾個(gè)主要構(gòu)件剛度相差懸殊,在數(shù)值計(jì)算中就可能導(dǎo)致數(shù)值計(jì)算的較大誤差,嚴(yán)重的可能會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的幾何可變性——忽略小剛度構(gòu)件的剛度貢獻(xiàn)。如出現(xiàn)上述的結(jié)構(gòu),要分析它,就得降低剛度很大的構(gòu)件單元的剛度,可以加細(xì)網(wǎng)格劃分,或著改用高階單元(BEAM->SHELL,SHELL->SOLID)。構(gòu)件的連接形式(剛接或鉸接)等也可能影響到結(jié)構(gòu)的剛度。
2、線性算法(求解器)。ANSYS中的非線性算法主要有:稀疏矩陣法(SPARSE DIRECT SOLVER)、預(yù)共軛梯度法(PCG SOLVER)和波前法(FRONT DIRECT SLOVER)。稀疏矩陣法是性能很強(qiáng)大的算法,一般默認(rèn)即為稀疏矩陣法(除了子結(jié)構(gòu)計(jì)算默認(rèn)波前法外)。預(yù)共軛梯度法對于3-D實(shí)體結(jié)構(gòu)而言是最優(yōu)的算法,但當(dāng)結(jié)構(gòu)剛度呈現(xiàn)病態(tài)時(shí),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-D SOLID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(shí),用稀疏矩陣法;
4)、當(dāng)你不知道用什么時(shí),可用稀疏矩陣法。
3、非線性逼近技術(shù)。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(jié)構(gòu)特點(diǎn)和步長有關(guān)。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(yīng)峰值和下降響應(yīng)曲線。但也發(fā)現(xiàn):在峰值點(diǎn),弧長法仍可能失效,甚至在非線性計(jì)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(xiàn)莫名其妙的問題)。子步(時(shí)間步)的步長還是應(yīng)適當(dāng),自動時(shí)間步長也是很有必要的。
4、加快計(jì)算速度
在大規(guī)模結(jié)構(gòu)計(jì)算中,計(jì)算速度是一個(gè)非常重要的問題。下面就如何提高計(jì)算速度作一些建議:
充分利用ANSYS MAP分網(wǎng)和SWEEP分網(wǎng)技術(shù),盡可能獲得六面體網(wǎng)格,這一方面減小解題規(guī)模,另一方面提高計(jì)算精度。
在生成四面體網(wǎng)格時(shí),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(jié)點(diǎn),可以退化為10節(jié)點(diǎn)四面體單元,而92號單元為10節(jié)點(diǎn)單元,在此情況下用92號單元將優(yōu)于95號單元。
選擇正確的求解器。對大規(guī)模問題,建議采用PCG法。此法比波前法計(jì)算速度要快10倍以上(前提是您的計(jì)算機(jī)內(nèi)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(shè)置直接影響到收斂。應(yīng)該注意以下幾點(diǎn):
1、設(shè)置足夠大的荷載步(將MAXMIUM SUBSTEP=1000000),可以更容易收斂,避免發(fā)散的出現(xiàn)(nsub,nsbstp,nsbmx,nsbmn);
2、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)(eqit,eqit);
3、將收斂準(zhǔn)則調(diào)整,以位移控制時(shí)調(diào)整為0.05,以力控制為0.01(CNVTOL,lab,value,toler,norm,minref)。
4、對于線性單元和無中間節(jié)點(diǎn)的單元(SOLID65和SOLID45),關(guān)閉EXTRA DISPLACEMENTS OPTIONS(在OPTIONS中)。
5、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(tadata,mat,shrcf-op,shrcf-cl,UntensSt,UnCompSt(-1))。