牛頓一拉森方法之ANSYS選項(xiàng)

2017-03-02 by:CAE仿真在線來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

1、進(jìn)入ANSYS求解器

命令:/Solution

GUI:Main Menu>Solution

2、定義分析類型及分析選項(xiàng)。

分析類型和分析選項(xiàng)在第一個(gè)載荷步后(也就是,在你發(fā)出你的第一個(gè)SOLVL命令之后)不能被改變。ANSYS提供這些選項(xiàng)用于靜態(tài)分析。

表1─1 分析類型和分析選項(xiàng)

牛頓一拉森方法(轉(zhuǎn)自歸宿) - 半個(gè)窩頭 - 觀奕道人

這些選項(xiàng)中的每一個(gè)都將在下面詳細(xì)地解釋。

選項(xiàng):新的分析〔ANTYPE〕

一般情況下會(huì)使用New Analysis(新的分析)。

選項(xiàng):分析類型:靜態(tài)〔ANTYPE〕

選擇Static(靜態(tài))。

選項(xiàng):大變形或大應(yīng)變選項(xiàng)(GEOM)

并不是所有的非線性分析都將產(chǎn)生大變形。

選項(xiàng):應(yīng)力剛化效應(yīng)〔SSTIF〕

如果存在應(yīng)力剛化效應(yīng)選擇ON。

選項(xiàng):牛頓-拉普森選項(xiàng)〔NROPT〕

僅在非線性分析中使用這個(gè)選項(xiàng)。這個(gè)選項(xiàng)指定在求解期間每隔多久修改一次正切矩陣。你可以指定這些值中的一個(gè)。

程序選擇(NROPT,ANTO):程序基于你模型中存在的非線性種類選擇用這些選項(xiàng)中的一個(gè)。在需要時(shí)牛頓-拉普森方法將自動(dòng)激活自適應(yīng)下降。

完全〔NROPT,FNLL〕;程序使用完全的牛頓-拉普森處理方法,在這種處理方法中每進(jìn)行一次平衡迭代修改剛度矩陣一次。如果自適應(yīng)下降是關(guān)閉的,程序每一次平衡迭代都使用正切剛度矩陣。(我們一般不建議關(guān)閉自適應(yīng)下降,但是你或許發(fā)現(xiàn)這樣做可能更有效。)如果自適應(yīng)下降是打開(kāi)的(缺省),只要迭代保持穩(wěn)定(也就是,只要?dú)堄囗?xiàng)減小,且沒(méi)有負(fù)主對(duì)角線出現(xiàn))程序?qū)H使用正切剛度陣。如果在一次迭代中探測(cè)到發(fā)散傾向,程序拋棄發(fā)散的迭代且重新開(kāi)始求解,應(yīng)用正切和正割剛度矩陣的加權(quán)組合。當(dāng)?shù)氐绞諗磕Ｊ綍r(shí),程序?qū)⒅匦麻_(kāi)始使用正切剛度矩陣。對(duì)復(fù)雜的非線性問(wèn)題自適應(yīng)下降通常將提高程序獲得收斂的能力。

修正的(NROPT,MODI):程序使用修正的牛頓-拉普森方法,在這種方法中正切剛度矩陣在每一子步中都被修正。在一個(gè)子步的平衡迭代期間矩陣不被改變。這個(gè)選項(xiàng)不適用于大變形分析。自適應(yīng)下降是不可用的

初始剛度(NROPT,INIT):程序在每一次平衡迭代中都使用初始剛度矩陣這一選項(xiàng)比完全選項(xiàng)似乎較不易發(fā)散,但它經(jīng)常要求更多次的迭代來(lái)得到收斂。它不適用于大變形分析。自適應(yīng)下降是不可用的。

選項(xiàng):方程求解器

對(duì)于非線性分析,使用前面的求解器(缺省選項(xiàng))。

3、在模型上加載,記住在大變型分析中慣性力和點(diǎn)載荷將保持恒定的方向,但表面力將“跟隨”結(jié)構(gòu)而變化。

4、指定載荷步選項(xiàng)。這些選項(xiàng)可以在任何載荷步中改變。下列選項(xiàng)對(duì)非線性靜態(tài)分析是可用的:

普通選項(xiàng)

普通選項(xiàng)包括下列:

Time(TIME)

ANSYS程序借助在每一個(gè)載荷步末端給定的TIME參數(shù)識(shí)別出載荷步和子步。使用TIME命令來(lái)定義受某些實(shí)際物理量(如先后時(shí)間,所施加的壓力,等等。)限制的TIME值。程序通過(guò)這個(gè)選項(xiàng)來(lái)指定載荷步的末端時(shí)間。注意──在沒(méi)有指定TIME值時(shí),程序?qū)⒁罁?jù)缺省自動(dòng)地對(duì)每一個(gè)載荷步按1.0 增加TIME(在第一個(gè)載荷步的末端以TIME=1.0開(kāi)始)。

子步的數(shù)目〔NSUBST〕

時(shí)間步長(zhǎng)〔DELTIM〕

非線性分析要求在每一個(gè)載荷步內(nèi)有多個(gè)子步(或時(shí)間步;這兩個(gè)術(shù)語(yǔ)是等效的)從而ANSYS可以逐漸施加所給定的載荷,得到精確的解。NSUBST和DELTIM命令都獲得同樣的效果(給定載荷步的起始,最小,及最大步長(zhǎng))。NSNBST 定義在一個(gè)載荷步內(nèi)將被使用的子步的數(shù)目,而DELTIM明確地定義時(shí)間步長(zhǎng)。如果自動(dòng)時(shí)間步長(zhǎng)是關(guān)閉的,那么起始子步長(zhǎng)用于整個(gè)載荷步。缺省時(shí)是每個(gè)載荷步有一個(gè)子步。

漸進(jìn)式或階躍式的加載

在與應(yīng)變率無(wú)關(guān)的材料行為的非線性靜態(tài)分析中通常不需要指定這個(gè)選項(xiàng),因?yàn)橐罁?jù)缺省,載荷將為漸進(jìn)式的階躍式的載荷〔KBC,1〕除了在率─相關(guān)材料行為情狀下(蠕變或粘塑性),在靜態(tài)分析中通常沒(méi)有意義。

自動(dòng)時(shí)間步長(zhǎng)〔AUTOTS〕

這一選項(xiàng)允許程序確定子步間載荷增量的大小和決定在求解期間是增加還是減小時(shí)間步(子步)長(zhǎng)。缺省時(shí)是OFF(關(guān)閉)。你可以用AUTOTS命令打開(kāi)自動(dòng)時(shí)間步長(zhǎng)和二分法。通過(guò)激活自動(dòng)時(shí)間步長(zhǎng),可以讓程序決定在每一個(gè)載荷步內(nèi)使用多少個(gè)時(shí)間步。在一個(gè)時(shí)間步的求解完成后,下一個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)的大小基于四種因素預(yù)計(jì):

在最近過(guò)去的時(shí)間步中使用的平衡迭代的數(shù)目(更多次的迭代成為時(shí)間步長(zhǎng)減小的原因)

對(duì)非線性單元狀態(tài)改變預(yù)測(cè)(當(dāng)狀態(tài)改變臨近時(shí)減小時(shí)間步長(zhǎng))

塑性應(yīng)變?cè)黾拥拇笮?

蠕變?cè)黾拥拇笮?

非線性選項(xiàng)

程序?qū)⑦B續(xù)進(jìn)行平衡迭代直到滿足收斂準(zhǔn)則(或者直到達(dá)到允許的平衡迭代的最大數(shù)〔NEQIT〕。我們可以用缺省的收斂準(zhǔn)則,也可以自己定義收斂準(zhǔn)則。

收斂準(zhǔn)則〔CNVTOL〕

缺省的收斂準(zhǔn)則

依據(jù)缺省,程序?qū)⒁訴ALUE?TOLER的值對(duì)力(或者力矩)進(jìn)行收斂檢查。VALUE的缺省值是在所加載荷(或所加位移,Netwton-Raphson回復(fù)力)的SRSS,和MINREF(其缺省為1.0)中,取值較大者。TOLER的缺省值是0.001。你應(yīng)當(dāng)幾乎總是使用力收斂檢查?？梢蕴砑游灰?或者轉(zhuǎn)動(dòng))收斂檢查。對(duì)于位移,程序?qū)⑹諗繖z查建立在當(dāng)前(i)和前面(i─1)次迭代之間的位移改變上。注意──如果你明確地定義了任何收斂準(zhǔn)則(CNVTOL〕,缺省準(zhǔn)則將“失效”。因此,如果你定義了位移收斂檢查,你將不得不再定義力收斂檢查(使用多個(gè)CNVTOL命令來(lái)定義多個(gè)收斂準(zhǔn)則)。

用戶收斂準(zhǔn)則

你可以定義用戶收斂準(zhǔn)則,替代缺省的值。使用嚴(yán)格的收斂準(zhǔn)則將提高你的結(jié)果的精度,但以多更次的平衡迭代為代價(jià)。如果你想嚴(yán)格(加放松)你的準(zhǔn)則,你應(yīng)當(dāng)改變TOLER兩個(gè)數(shù)量級(jí)。一般地,你應(yīng)當(dāng)繼續(xù)使用VALUE的缺省值;也就是,通過(guò)調(diào)整TOLER,而不是VALUL 改變收斂準(zhǔn)則。你應(yīng)當(dāng)確保MINREF=1.0的缺省值在你的分析范圍內(nèi)有意義。

在單一和多DOF系統(tǒng)中檢查收斂

要在單自由度(DOF)系統(tǒng)中檢查收斂,你對(duì)這一個(gè)DOF計(jì)算出不平衡力,然后對(duì)照給定的收斂準(zhǔn)則(VALUE*TOLER)參看這個(gè)值(同樣也可以對(duì)的單一DOF的位移(和旋度)收斂進(jìn)行類似的檢查。)然而,在多DOF系統(tǒng)中,你也許想使用不同的比較方法。

ANSYS程序提供三種不同的矢量規(guī)范用于收斂核查。

無(wú)限規(guī)范在你模型中的每一個(gè)DOF處重復(fù)單-DOF核查。

LI規(guī)范將收斂準(zhǔn)則同所有DOFS的不平衡力(力矩)的絕對(duì)值的總和相對(duì)照。

L2規(guī)范使用所有DOFS不平衡力(或力矩)的平方總和的平方根進(jìn)行收斂檢查。

實(shí)例

對(duì)于下面例子,如果不平衡力(在每一個(gè)DOF處單獨(dú)檢查)小于或等于5000?0.0005(也就是2.5),且如果位移的改變(以平方和的平方根檢查)小于或等于10?0.001(也就是0.01),子步將認(rèn)為是收斂的。

CNVTOL,F,5000,0.005,0

CNVTOL,U,10,0.001,2

平衡迭代的最大次數(shù)〔NEQIT〕

使用這個(gè)選項(xiàng)來(lái)對(duì)在每一個(gè)子步中進(jìn)行的最大平衡迭代次數(shù)實(shí)行限制(缺省=25)。如果在這個(gè)平衡迭代次數(shù)之內(nèi)不能滿足收斂準(zhǔn)則,且如果自動(dòng)步長(zhǎng)是打開(kāi)的〔AUTOTS〕,分析將嘗試使用二分法。如果二分法是不可能的,那么,分析將或者終止,或者進(jìn)行下一個(gè)載荷步,依據(jù)你在NCNV命令中發(fā)出的指示。

求解終止選項(xiàng)〔NCNV〕

這個(gè)選項(xiàng)處理五種不同的終止準(zhǔn)則:

如果位移“太大”它建立一個(gè)用于終止分析和程序執(zhí)行的準(zhǔn)則。

它對(duì)累積迭代次數(shù)設(shè)置限制。

它對(duì)整個(gè)時(shí)間設(shè)置限制。

它對(duì)整個(gè)CPU時(shí)間設(shè)置限制。

弧長(zhǎng)選項(xiàng)〔ARCLEN〕

如果你預(yù)料結(jié)構(gòu)在它的載荷歷史內(nèi)在某些點(diǎn)將變得物理意義上不穩(wěn)定(也就是, 結(jié)構(gòu)的載荷—位移曲線的斜度將為0或負(fù)值),你可以使用弧長(zhǎng)方法來(lái)幫助穩(wěn)定數(shù)值求解。注意──當(dāng)合適時(shí),你可以和弧長(zhǎng)方法一起使用許多其它的分析和載荷步選項(xiàng)。然而,你不應(yīng)和弧長(zhǎng)方法一起使用下列選項(xiàng):不要使用線搜索〔LNSRCH〕,時(shí)間步長(zhǎng)預(yù)測(cè)〔PRED〕,自適應(yīng)下降〔NROPT,,,ON〕,自動(dòng)時(shí)間步長(zhǎng)〔AUTOTS,TIME,DELTIM〕,或打開(kāi)時(shí)間-積分效應(yīng)(TIMINT)。

時(shí)間步長(zhǎng)預(yù)測(cè)──糾正選項(xiàng)〔PRED〕

對(duì)于每一個(gè)子步的第一次平衡迭代你可以激活和DOF求解有關(guān)的預(yù)測(cè)。這個(gè)特點(diǎn)加速收斂且如果非線性響應(yīng)是相對(duì)平滑的,它特別的有用。在包含大轉(zhuǎn)動(dòng)或粘彈的分析中它并不是非常有用。

線搜索選項(xiàng)〔LNSRCH〕

這個(gè)選項(xiàng)是對(duì)自適應(yīng)下降的替代。當(dāng)被激活時(shí),無(wú)論何時(shí)發(fā)現(xiàn)硬化響應(yīng)。這個(gè)收斂提高工具用程序計(jì)算出的比例因子(具有0和1之間的值)乘以計(jì)算出的位移增量。因?yàn)榫€搜索算法是用來(lái)對(duì)自適應(yīng)下降選項(xiàng)〔NROPT〕進(jìn)行的替代,如果線搜索選項(xiàng)是開(kāi),自適應(yīng)下降不被自動(dòng)激活。不建議你同時(shí)激活線搜索和自適應(yīng)下降。

當(dāng)存在強(qiáng)迫位移時(shí),直到迭代中至少有一次具有一個(gè)的線搜索值運(yùn)算才會(huì)收斂。ANSYS調(diào)節(jié)整個(gè)DU矢量,包括強(qiáng)迫位移值;否則,除了強(qiáng)迫DOF處一個(gè)小的位移值將隨處發(fā)生。直到適代中的某一次具有1的線搜索值,ANSYS才施加全部位移值。

蠕變準(zhǔn)則〔CRPLIM,CRCR〕

如果結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出蠕變行為,可以指定蠕變準(zhǔn)則用于自動(dòng)時(shí)間步調(diào)整。(如果自動(dòng)時(shí)間步長(zhǎng)〔AUTOTS〕不是打開(kāi)的,這個(gè)蠕變準(zhǔn)則將無(wú)效。)程序?qū)?duì)所有單元計(jì)算蠕應(yīng)變?cè)隽?在最近時(shí)間步中蠕變的變化)對(duì)彈性應(yīng)變的比值。如果最大比值比判據(jù)大,程序?qū)p小下一個(gè)時(shí)間步長(zhǎng);如果小,程序或許增加下一個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)。(同樣地程序?qū)炎詣?dòng)時(shí)間步長(zhǎng)建立在平衡迭代次數(shù),即將發(fā)生的單元狀態(tài)改變,以及塑性應(yīng)變?cè)隽康幕A(chǔ)上。時(shí)間步長(zhǎng)將被調(diào)整到對(duì)應(yīng)這些項(xiàng)目中的任何一個(gè)所計(jì)算出的最小值。)如果比值高于0.25的穩(wěn)定界限,且如果時(shí)間增量不能被減小,解可能發(fā)散且分析將由于錯(cuò)誤信息而終止。這個(gè)問(wèn)題可以通過(guò)使最小時(shí)間步長(zhǎng)足夠小避免〔DELTIM,NSUBST)。

激活和殺死選項(xiàng)

在ANSYS/Mechanical和ANSYS/LS-DYNA產(chǎn)品中,你可以去殺死和激活單元來(lái)模擬材料的消去和添加。

程序通過(guò)用一個(gè)非常小的數(shù)(它由ESTIF命令設(shè)置)乘以它的剛度從總質(zhì)量矩陣消去它的質(zhì)量“ 殺死”一個(gè)單元。對(duì)無(wú)活性單元的單元載荷(壓力,熱通量,熱應(yīng)變,等等)同樣地設(shè)置為零。你需要在前處理中定義所有可能的單元;你不可能SOLUTION中產(chǎn)生新的單元。要在你的分析的后面階段中“出生”的那些單元,在第一個(gè)載荷步前應(yīng)當(dāng)被殺死,然后去在適當(dāng)?shù)妮d荷步的開(kāi)始被重激活,當(dāng)單元被重激活時(shí),它們具有零應(yīng)變狀態(tài),且(如果NLGEOM, ON) 它們的幾何(開(kāi)頭長(zhǎng)度,面積等等) 被修改來(lái)與它們的的現(xiàn)偏移位置相適應(yīng)。

殺死(EKILL)

激活(EALIVE)

改變材料性質(zhì)參考號(hào)〔MPCHG〕

另一種在求解期間影響單元行為的辦法是來(lái)改變它的材料性質(zhì)參考號(hào)。這個(gè)選項(xiàng)允許你在載荷步間改變一個(gè)單元的材料性質(zhì)。

EKILL適用于大多數(shù)單元類型。MPCHG適用于所于單元類型。

輸出控制選項(xiàng)

輸出控制選項(xiàng)包括下列:

打印輸出(OUTPR)

使用這個(gè)選項(xiàng)來(lái)在輸出文件(Jobname.out)中包括進(jìn)便所想要的結(jié)果數(shù)據(jù)。

結(jié)果文件輸出〔OUTRES〕

這個(gè)選項(xiàng)控制結(jié)果文件中的數(shù)據(jù)(Jobname.rst)。

OUTPR和OUTRES用來(lái)控制結(jié)果被寫(xiě)入這些文件的頻率。

結(jié)果外推〔ERESX〕

這個(gè)選項(xiàng),依據(jù)缺省,拷貝一個(gè)單元的積分點(diǎn)應(yīng)力和彈性應(yīng)變結(jié)果到結(jié)點(diǎn)而替代外推它們,如果在單元中存在非線性(塑性,蠕變,膨脹)的話。積分點(diǎn)非線性變化總是被拷貝到結(jié)點(diǎn)。

注意:對(duì)輸出行使下列警告:

恰當(dāng)使用多個(gè)OUTRES或OUTPR命令有時(shí)可能有一點(diǎn)小的技巧。

依據(jù)缺省,在非線性分析中只有最后一個(gè)子步被寫(xiě)入結(jié)果文件。要寫(xiě)入所有子步,設(shè)置OUTRES中的FREQ域?yàn)锳LL。

依據(jù)缺者,只有1000個(gè)結(jié)果集(子步)可以被寫(xiě)入結(jié)果文件。如果超過(guò)了這個(gè)數(shù)目(基于你的OUTRES指定),程序?qū)⒂捎阱e(cuò)誤而終止。使用命令/CONFIG,NRES來(lái)增加這個(gè)界限。

5、存儲(chǔ)基本數(shù)據(jù)的備份副本于另一文件。

命令:SAVE

GUI:Utility Menu>File>Save As

6、開(kāi)始求解計(jì)算。

命令:SOLVE

GUI:Main Menn>Solution>-Solve-Current LS

7、如果你需要定義多個(gè)載荷步,對(duì)每一個(gè)其余的載荷步重復(fù)步驟3至6。

8、離開(kāi)SOLUTION處理器