命令: LSSOLVE
GUI:Main Menu>Solution>-Solve-From LS Files 6、在求解完所有荷载步后,退出求解。 命令: FINISH
GUI:关闭Solution菜单。
2.3.3 观察结果
与非线性静力分析一样,可以用POST1来处理某一时刻的结果,其使用方法也相同。再次提醒,应在进行后处理之前检查计算是否收敛。
时间历程后处理程序 POST26 的应用,也与非线性静力分析中基本相同,参见§2.2。其他有关内容,可参见《ANSYS Basic Analysis Guide》。
2.3.4 重启动
瞬态分析的重启动方法,与静力分析基本相同,请参见《ANSYS Basic Analysis Guide》§3.16。
2.4 非线性分析的提示和指南
2.4.1 着手非线性分析
花一些时间来认真研究并进行分析。这样可以避免许多与非线性分析有关的困难。下面的建议对用户应当有所帮助。 2.4.1.1 熟悉程序动作和结构行为
如果用户在以前未应用过某一种非线性特性,则应当在分析大型、复杂的模型之前,首先建立一个十分简单的模型(即只包含几个单元的模型),并确保对其特性了解。
首先,对初步的简化模型,深入了解其结构行为。对于非线性静力
分析模型,一个初步的线性静力分析,也可以揭露模型在那个区域首先经受非线性响应,在什么样的荷载水平下,这些非线性将起作用。对于非线性瞬态分析,初步的梁、质量、弹簧模型,可以用最小代价提供对结构的深入了解。初步的非线性静力、线性瞬态动力和/或模态
分析,也可帮助用户在进行最终的非线性瞬态动力分析前了解结构非线性响应的各个方面的内容。
阅读和理解程序输出信息和警告信息。至少在对结果进行后处理前,
要确保问题是收敛的。对于路径相关问题,打印出来的平衡迭代记录在帮助用户确定结果是否有效时是最重要的。 2.4.1.2 保持简洁
保持最终模型尽可能简单。如果可用2D平面应力、平面应变或轴对
称模型来代表3D结构,就应该这么做。如果可通过对称或反对称面来使模型规模减小,也就应该这么做。然而,如果荷载是反对称的,则通常不采用反对称的特点。反对称也可能在大变形分析时不适于运用。如果忽略某一非线性细节而不会影响模型关键区域的结果,那么就应这么做。 在可能时,用静力等效荷载来模拟瞬态动力荷载。
考虑把模型中的线性区域作为一个子结构,以减小计算工作量。 2.4.1.3 应用足够的网格密度
应当认识到,在经受塑性变形的区域,要求相当的积分点密度。低
阶单元提供了与高阶单元相同的积分点数目,因此在塑性分析中应用低阶单元较合算。在塑性铰区域,网格密度尤其重要。 在接触表面要有足够的网格密度,以使接触应力分布较光滑。 为了求解应力,也要有足够的网格密度。需要计算应力或应变的区
域要比位移或非线性解析区域网格要密一些。 对于需要高阶模态时,网格密度要足够。需要的单元数目,取决于
单元假定的位移形状函数,以及模态形状本身。 对于瞬态动力波传播,要采用足够密的网格。如果波传播很重要,
则一个波长最小要20单元。 2.4.1.4 逐渐地施加荷载
对于非保守、路径相关系统,施加荷载时要用足够小的荷载增量,
以保证分析接近荷载-响应曲线。 有时,可以采用逐渐地加载,而使保守系统的收敛行为有所改进,
这样可使 Newton–Raphson 平衡迭代数最小。
2.4.2 克服收敛问题
收敛失败可能表示结构产生物理上的不稳定性,也可能仅仅是在有限元模型中的某些数值问题引起的。
ANSYS程序为用户提供了一些克服数值不稳定的工具。如果用户正在模拟的系统实际上是物理不稳定的(即存在0或负刚度),则问题就棘手得多了。用户有时可用一种或多种决窍来得到这种情况下的解。下面我们来介绍一些可在分析中用来尝试改进收敛的技术和方法。 2.4.2.1 用图形追踪收敛性
在执行非线性分析过程中,ANSYS在每个迭代期间根据收敛准则计算收敛模。批命令方式和交互方式均可应用的图形求解追踪(GST)特性,在计算过程中将显示计算的收敛模以及准则。缺省时,对于交互方式,GST为ON;而对于批命令方式,GST为OFF。要打开或关闭GST,可应用: 命令:/ GST
GUI:Main Menu>Solution>Output Ctrls>Grph Solu Track 典型的GST显示如 图2-2 所示。
图2-2 有GST特性显示的收敛范数
2.4.2.2 应用自动时间步
请确保应用DELTIM或NSUBST命令设置自动时间步的上限,特别是
对复杂模型。这将确保精确地包括所需的模态和行为。在下述情况下,这可能非常重要:
有局部动态行为的问题(如透平机叶片和毂座安装),这种情况
下,系统的低频能量可能控制高频区域; 对于在荷载中某些短时间斜坡荷载的问题。如果时间步尺寸允
许变得太大,荷载历程的斜坡部分可能无法精确表征; 对于包括连续被某一频率范围激励的结构问题(如地震问题)。 在模拟运动学结构(即有刚体运动)时要特别小心。下面的方法可帮助
用户取得良好的解:
求解时结合显著的数值阻尼(在 TINTP 命令中,0.45<γ<0.1),
以过滤掉高阶频率噪声,特别是在应用较大的时间步的情况下。在运动学分析中,不要应用α-阻尼(质量矩阵乘子, ALPHAD 命令),因为它会使刚体运动(0频率的模态)受阻。 避免强迫位移历程,因为强迫位移输入(理论上)会产生加速度
无限跳跃,从而引起Newmark时间积分算法的稳定问题。
2.4.2.3 应用线性搜索
线性搜索[ LNSRCH ]可以加强收敛,但可能开销很大(特别是塑性分析)。在下列情况下,可以考虑打开线性搜索:
当结构是力-加载(与位移控制对应);
在分析一个刚度会增大的薄结构(如钩鱼杆)时; 如果用户从程序输出信息注意到振荡收敛情况。 2.4.2.4 应用弧长法
可以应用弧长法[ ARCLEN 和 ARCTRM ]来得到许多物理不稳定结构的数值稳定解。在应用弧长法时,请记住:
弧长法仅限于比例结构加载(斜坡荷载)的静力分析;
程序根据第一个子步的第一次迭代的荷载(或位移)增量计算参考弧长
半径,应用下面的公式:
其中 NSBSTP 是在 NSUBST 命令指定的子步数。
在选择子步数时,更多的子步将导致较长的求解时间。理想地,需要选择最少子步来达到有效的求解。
用户可能不得不对子步数先进行“猜测”,然后调整,然后再分析。
在激活弧长法时不要用线性搜索[ LNSRCH ]、预测[ PRED ],自适应
下降[ NROPT ,,,ON]、自动时间步[ AUTOTS , TIME , DELTIM ]或时间积分效应[ TIMINT ]; 不要试图应用基于位移[ CNVTOL ,U]的收敛判据,要用基于力
[ CNVTOL ,F]收敛的判据; 为了在应用弧长法时使求解时间最小,一个子步上的最大平衡迭代数
[ NEQIT ]应当小于或等于15; 如果弧长法求解在预先设置的最大迭代数[ NEQIT ]上收敛失败,程序
将自动二分并继续求解。直到得到收敛解,否则将一直二分下去或直到应用了最小的弧长半径(最小弧长半径用 NSBSTP [ NSUBST ]和 MINARC [ ARCLEN ]定义)。 通常不能用这个方法来得到指定荷载或位移处的解,因为在平衡激活
时,其值沿弧长改变。注意在图1-4中,指定荷载 时真实荷载稍小些;
在非线性屈曲分析中,应用弧长法时,可能难以确定荷载或挠度的极
限值(按已知的容差)。因为用户通常不得不应用试算法调整参考弧长半径(应用 NSUBST )来得到极值点的解。因此对于非线性屈曲分析,应用标准 Newton-Raphson迭代法及二分[ AUTOTS ],可能更为方便。 用户在应用弧长法时,一般应当避免应用JCG求解器[ EQSLV ],因为
弧长法可能得到负定义刚度(负Pivot),这在用JCG求解器时可能会求解失败。 在任何荷载步开始时,用户可以自由地从Newton-Raphson迭代法切换
到弧长法。然而,要从弧长法切换到Newton-Raphson迭代法,则必须终止并重启动,在重启动的第一个荷载步上关闭弧长法[ ARCLEN ,OFF]。
在下面所述情况下,弧长法求解终止: 达到 ARCTRM 或 NCNV 命令定义的限值; 在作用荷载上的解收敛;
仅作为起点。收敛