牛頓一拉森方法之ANSYS選項

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

1、進入ANSYS求解器

命令:/Solution

GUI:Main Menu>Solution

2、定義分析類型及分析選項。

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

表1─1 分析類型和分析選項

這些選項中的每一個都將在下面詳細地解釋。

選項:新的分析〔ANTYPE〕

一般情況下會使用New Analysis(新的分析)。

選項:分析類型:靜態(tài)〔ANTYPE〕

選擇Static(靜態(tài))。

選項:大變形或大應變選項(GEOM)

并不是所有的非線性分析都將產(chǎn)生大變形。

選項:應力剛化效應〔SSTIF〕

如果存在應力剛化效應選擇ON。

選項:牛頓-拉普森選項〔NROPT〕

僅在非線性分析中使用這個選項。這個選項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。

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中的一個。在需要時牛頓-拉普森方法將自動激活自適應下降。

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行一次平衡迭代修改剛度矩陣一次。如果自適應下降是關閉的,程序每一次平衡迭代都使用正切剛度矩陣。(我們一般不建議關閉自適應下降,但是你或許發(fā)現(xiàn)這樣做可能更有效。)如果自適應下降是打開的(缺省),只要迭代保持穩(wěn)定(也就是,只要殘余項減小,且沒有負主對角線出現(xiàn))程序?qū)H使用正切剛度陣。如果在一次迭代中探測到發(fā)散傾向,程序拋棄發(fā)散的迭代且重新開始求解,應用正切和正割剛度矩陣的加權組合。當?shù)氐绞諗磕Ｊ綍r,程序?qū)⒅匦麻_始使用正切剛度矩陣。對復雜的非線性問題自適應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。在一個子步的平衡迭 代期間矩陣不被改變。這個選項不適用于大變形分析。自適應下降是不可用的

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比完全選項似乎較不易發(fā)散,但它經(jīng)常要求更多次的迭代來得到收斂。它不適用于大變形分析。自適應下降是不可用的。

選項:方程求解器

對于非線性分析,使用前面的求解器(缺省選項)。

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

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

普通選項

普通選項包括下列:

Time(TIME)

ANSYS程序借助在每一個載荷步末端給定的TIME參數(shù)識別出載荷步和子步。使用TIME命令來定義受某些實際物理量(如先后時間,所施加的壓力,等等。)限制的TIME值。程序通過這個選項來指定載荷步的末端時間。注意──在沒有指定TIME值時,程序?qū)⒁罁?jù)缺省自動地對每一個載荷步按1.0 增加TIME(在第一個載荷步的末端以TIME=1.0開始)。

子步的數(shù)目〔NSUBST〕

時間步長〔DELTIM〕

非線性分析要求在每一個載荷步內(nèi)有多個子步(或時間步;這兩個術語是等效的)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)。NSNBST 定義在一個載荷步內(nèi)將被使用的子步的數(shù)目,而DELTIM明確地定義時間步長。如果自動時間步長是關閉的,那么起始子步長用于整個載荷步。缺省時是每個載荷步有一個子步。

漸進式或階躍式的加載

在與應變率無關的材料行為的非線性靜態(tài)分析中通常不需要指定這個選項,因為依據(jù)缺省,載荷將為漸進式的階躍式的載荷〔KBC,1〕除了在率─相關材料行為情狀下(蠕變或粘塑性),在靜態(tài)分析中通常沒有意義。

自動時間步長〔AUTOTS〕

這一選項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 小時間步(子步)長。缺省時是OFF(關閉)。你可以用AUTOTS命令打開自動時間步長和二分法。通過激活自動時間步長,可以讓程序決定在每一個載荷步內(nèi)使用多少個時間步。在一個時間步的求解完成后,下一個時間步長的大小基于四種因素預計:

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

對非線性單元狀態(tài)改變預測(當狀態(tài)改變臨近時減小時間步長)

塑性應變增加的大小

蠕變增加的大小

非線性選項

程序?qū)⑦B續(xù)進行平衡迭代直到滿足收斂準則(或者直到達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則,也可以自己定義收斂準則。

收斂準則〔CNVTOL〕

缺省的收斂準則

依據(jù)缺省,程序?qū)⒁訴ALUE?TOLER的值對力(或者力矩)進行收斂檢查。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。你應當幾乎總是使用力收斂檢查?？梢蕴砑游灰?或者轉(zhuǎn)動)收斂檢查。對于位移,程序?qū)⑹諗繖z查建立在當前(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則(CNVTOL〕,缺省準則將“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CNVTOL命令來定義多個收斂準則)。

用戶收斂準則

你可以定義用戶收斂準則,替代缺省的值。使用嚴格的收斂準則將提高你的結果的精度,但以多更次的平衡迭代為代價。如果你想嚴格(加放松)你的準則,你應當改變TOLER兩個數(shù)量級。一般地,你應當繼續(xù)使用VALUE的缺省值;也就是,通過調(diào)整TOLER,而不是VALUL 改變收斂準則。你應當確保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,你對這一個DOF計算出不平衡力,然后對照給定的收斂準則(VALUE*TOLER)參看這個值(同樣也可以對的單一DOF的位移(和旋度)收斂進行類似的檢查。)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。

無限規(guī)范在你模型中的每一個DOF處重復單-DOF核查。

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

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行收斂檢查。

實例

對于下面例子,如果不平衡力(在每一個DOF處單獨檢查)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〕

使用這個選項來對在每一個子步中進行的最大平衡迭代次數(shù)實行限制(缺省=25)。如果在這個平衡迭代次數(shù)之內(nèi)不能滿足收斂準則,且如果自動步長是打開的〔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,或者進行下一個載荷步,依據(jù)你在NCNV命令中發(fā)出的指示。

求解終止選項〔NCNV〕

這個選項處理五種不同的終止準則:

如果位移“太大”它建立一個用于終止分析和程序執(zhí)行的準則。

它對累積迭代次數(shù)設置限制。

它對整個時間設置限制。

它對整個CPU時間設置限制。

弧長選項〔ARCLEN〕

如果你預料結構在它的載荷歷史內(nèi)在某些點將變得物理意義上不穩(wěn)定(也就是, 結構的載荷—位移曲線的斜度將為0或負值),你可以使用弧長方法來幫助穩(wěn)定數(shù)值求解。注意──當合適時,你可以和弧長方法一起使用許多其它的分析和載荷步選項。然而,你不應和弧長方法一起使用下列選項:不要使用線搜索〔LNSRCH〕,時間步長預測〔PRED〕,自適應下降〔NROPT,,,ON〕,自動時間步長〔AUTOTS,TIME,DELTIM〕,或打開時間-積分效應(TIMINT)。

時間步長預測──糾正選項〔PRED〕

對于每一個子步的第一次平衡迭代你可以激活和DOF求解有關的預測。這個特點加速收斂且如果非線性響應是相對平滑的,它特別的有用。在包含大轉(zhuǎn)動或粘彈 的分析中它并不是非常有用。

線搜索選項〔LNSRCH〕

這個選項是對自適應下降的替代。當被激活時,無論何時發(fā)現(xiàn)硬化響應。這個收斂提高工具用程序計算出的比例因子(具有0和1之間的值)乘以計算出的位移增量。因為線搜索算法是用來對自適應下降選項〔NROPT〕進行的替代,如果線搜索選項是開,自適應下降不被自動激活。不建議你同時激活線搜索和自適應下降。

當存在強迫位移時,直到迭代中至少有一次具有一個的線搜索值運算才會收斂。ANSYS調(diào)節(jié)整個DU矢量,包括強迫位移值;否則,除了強迫DOF處一個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。

蠕變準則〔CRPLIM,CRCR〕

如果結構表現(xiàn)出蠕變行為,可以指定蠕變準則用于自動時間步調(diào)整。(如果自動時間步長〔AUTOTS〕不是打開的,這個蠕變準則將無效。)程序?qū)λ袉卧嬎闳鋺冊隽?在最近時間步中蠕變的變化)對彈性應變的比值。如果最大比值比判據(jù)大,程序?qū)p小下一個時間步長;如果小,程序或許增加下一個時間步長。(同樣地程序?qū)炎詣訒r間步長建立在平衡迭代次數(shù),即將發(fā)生的單元狀態(tài)改變,以及塑性應變增量的基礎上。時間步長將被調(diào)整到對應這些項目中的任何一個所計算出的最小值。)如果比值高于0.25的穩(wěn)定界限,且如果時間增量不能被減小,解可能發(fā)散且分析將由于錯誤信息而終止。這個問題可以通過使最小時間步長足夠小避免〔DELTIM,NSUBST)。

激活和殺死選項

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

程序通過用一個非常小的數(shù)(它由ESTIF命令設置)乘以它的剛度從總質(zhì)量矩陣消去它的質(zhì)量“ 殺死”一個單元。對無活性單元的單元載荷(壓力,熱通量,熱應變,等等)同樣地設置為零。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,在第一個載荷步前應當被殺死,然后去在適當?shù)妮d荷步的開始被重激活,當單元被重激活時,它們具有零應變狀態(tài),且(如果NLGEOM, ON) 它們的幾何(開頭長度,面積等等) 被修改來與它們的的現(xiàn)偏移位置相適應。

殺死(EKILL)

激活(EALIVE)

改變材料性質(zhì)參考號〔MPCHG〕

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

輸出控制選項包括下列:

打印輸出(OUTPR)

使用這個選項來在輸出文件(Jobname.out)中包括進便所想要的結果數(shù)據(jù)。

結果文件輸出〔OUTRES〕

這個選項控制結果文件中的數(shù)據(jù)(Jobname.rst)。

OUTPR和OUTRES用來控制結果被寫入這些文件的頻率。

結果外推〔ERESX〕

這個選項,依據(jù)缺省,拷貝一個單元的積分點應力和彈性應變結果到結點而替代外推它們,如果在單元中存在非線性(塑性,蠕變,膨脹)的話。積分點非線性變化總是被拷貝到結點。

注意:對輸出行使下列警告:

恰當使用多個OUTRES或OUTPR命令有時可能有一點小的技巧。

依據(jù)缺省,在非線性分析中只有最后一個子步被寫入結果文件。要寫入所有子步,設置OUTRES中的FREQ域為ALL。

依據(jù)缺者,只有1000個結果集(子步)可以被寫入結果文件。如果超過了這個數(shù)目(基于你的OUTRES指定),程序?qū)⒂捎阱e誤而終止。使用命令/CONFIG,NRES來增加這個界限。

5、存儲基本數(shù)據(jù)的備份副本于另一文件。

命令:SAVE

GUI:Utility Menu>File>Save As

6、開始求解計算。

命令:SOLVE

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

7、如果你需要定義多個載荷步,對每一個其余的載荷步重復步驟3至6。

8、離開SOLUTION處理器

命令:FINISH

GUI:關閉Solution菜單。

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