非線性求解設(shè)置

非線性求解設(shè)置第1頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月3.求解非線性求解的特點(diǎn):非線性分析的最主要困難和工作是求解過程.求解設(shè)置中,必須做出對(duì)收斂有影響的重大決定.克服收斂困難需要相當(dāng)多的時(shí)間.非線性分析所需的時(shí)間(CPU時(shí)間)大部分耗費(fèi)在求解中.第2頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月…求解本章通過以下主題介紹非線性求解過程:A.基本概念B.自動(dòng)求解控制C.結(jié)果文件選項(xiàng)D.求解選項(xiàng)E.非線性選項(xiàng)F.高級(jí)非線性選項(xiàng)G.瞬態(tài)選項(xiàng)目的是理解如何通過利用求解控制對(duì)話框中的選項(xiàng)獲得收斂解.另外,一些不常用的選項(xiàng)在高級(jí)結(jié)構(gòu)非線性培訓(xùn)手冊(cè)中討論.第3頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月求解

A.基本概念在詳細(xì)討論如何求非線性解之前,先介紹非線性求解是如何組織與管理基本概念.基本組織:

載荷步,子步及平衡迭代.基本管理:時(shí)間和時(shí)間步控制.第4頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月求解

...基本概念非線性求解按下列三個(gè)層次組織:載荷步是頂層,由用戶定義的載荷變化.“常值”載荷在載荷步內(nèi)線性變化.子步是載荷步內(nèi)由程序定義的載荷增量.平衡迭代是子步內(nèi)獲得收斂的修正解.兩個(gè)載荷步求解“時(shí)間”載荷載荷步2載荷步1子步第5頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月求解

...基本概念A(yù)NSYS在載荷步內(nèi)對(duì)所有子步線性插分載荷.對(duì)簡單的“常值”載荷必須用多個(gè)載荷步定義載荷歷史.

“時(shí)間”t1t2載荷t3t4L1L2L3L4LS1LS2LS3LS4第6頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月求解

...基本概念理解對(duì)多個(gè)載荷步分析,ANSYS如何管理載荷歷史:載荷t2“時(shí)間”t1載荷t1t2“時(shí)間”新施加的載荷在載荷步開始由零漸變至載荷步結(jié)束點(diǎn)的全值.對(duì)下一個(gè)載荷步,不變化的載荷將保持其值.第7頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月求解

...基本概念載荷“時(shí)間”t1t2重新定義載荷時(shí),其值從前一載荷步結(jié)束點(diǎn)的值逐漸增加(缺省).刪除載荷時(shí),其效果是一步變?yōu)榱?

一般不建議這樣做,因?yàn)闀?huì)導(dǎo)致收斂失敗.

更好的建模習(xí)慣是在一個(gè)小的時(shí)間增量中將載荷漸變至零.載荷“時(shí)間”t1t2刪除再施加載荷歷史管理(續(xù)):第8頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月求解

...基本概念每個(gè)載荷步和子步都與一個(gè)唯一的“時(shí)間”值相聯(lián)系.子步因此也稱為時(shí)間步.在所有的靜態(tài)和瞬態(tài)分析中,不論它們是否真的與時(shí)間有關(guān),“時(shí)間”都用作跟蹤參數(shù).因此,對(duì)率無關(guān)的靜態(tài)分析,“時(shí)間”可以是任意單位.“時(shí)間”是跟蹤參數(shù)第9頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月求解

...基本概念“時(shí)間”具有以下特點(diǎn):“時(shí)間”值被指定為每一載荷步的結(jié)束點(diǎn).Solution>Sol’nControl每一子步都與一個(gè)唯一的“時(shí)間”值相聯(lián)系.“時(shí)間”必須大于零.“時(shí)間”總是單調(diào)增.(時(shí)鐘從不停止滴答響!)“時(shí)間·”載荷10.023.05.714.618.2第10頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月求解

...基本概念“時(shí)間”的特點(diǎn)(續(xù))對(duì)率相關(guān)或瞬態(tài)分析,“時(shí)間”單位必須是連續(xù)的、按順序排列的.代表性地如瞬時(shí)動(dòng)態(tài)以秒、蠕變以小時(shí)為單位.對(duì)率無關(guān)的靜態(tài)分析,“時(shí)間”可以是任意單位的.提示:為方便計(jì),可設(shè)定“時(shí)間”等于施加的載荷.(若載荷是負(fù)的,用其絕對(duì)值.)例如,若載荷步1所施加的載荷為-14,500,則指定“時(shí)間”在載荷步1的末端為14,500.這樣可使輸出和結(jié)果更容易解釋.若不指定載荷步末端的時(shí)間,

則每個(gè)載荷步末端的“時(shí)間”將缺省為載荷步數(shù).如在載荷步1末端,“時(shí)間”=1.0.第11頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月求解

...基本概念時(shí)間增量-Dt控制載荷增量DF.DF=Dt*(F2-F1)/(t2-t1)時(shí)間增量可由用戶指定,也可由ANSYS自動(dòng)預(yù)測和控制.在載荷步內(nèi)自動(dòng)時(shí)間步算法對(duì)所有子步預(yù)測并控制時(shí)間增量(載荷增量).DF時(shí)間載荷F1F2Dtt1t2第12頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月求解

...基本概念已經(jīng)知道將載荷分解成增量,使初始點(diǎn)在收斂半徑內(nèi),從而改善收斂.FuU初始

F1在求解過程中,自動(dòng)時(shí)間步自動(dòng)調(diào)節(jié)載荷增量大小(上和下).收斂困難時(shí)減小增量,容易收斂時(shí)增大增量.可以通過指定初始,最小和最大的時(shí)間增量控制調(diào)整范圍時(shí)間載荷Dt最大Dt初始Dt最小第13頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月求解

...基本概念“時(shí)間”和時(shí)間步控制正是非線性求解控制可用到的兩項(xiàng).其它控制選項(xiàng)用于:說明幾何非線性.管理非線性求解中產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù).指定采用哪個(gè)方程求解器.設(shè)置重啟動(dòng)控制.定義收斂容差.控制平衡方程的數(shù)目.加強(qiáng)解收斂.如果不收斂,控制程序行為.第14頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月求解

...基本概念開始時(shí),可用的非線性求解控制數(shù)目似乎多得無從下手幸好,對(duì)大多數(shù)應(yīng)用,一個(gè)非常簡單的步驟就足夠了….第15頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月求解

B.自動(dòng)求解控制自動(dòng)求解控制缺省為激活狀態(tài).提供全面、自動(dòng)和智能的非線性工具設(shè)置來獲得精確和有效的收斂解.推薦步驟為首先用自動(dòng)控制嘗試求解.若在合理時(shí)間內(nèi)收斂,則無需試錯(cuò)法!用戶非線性應(yīng)用的約70%無需試錯(cuò)方法.若收斂慢或不收斂,則需要調(diào)整各種求解選項(xiàng)來加強(qiáng)收斂.第16頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月求解

...自動(dòng)求解控制推薦步驟:施加所有載荷和邊界條件.進(jìn)入求解控制對(duì)話框的Basic標(biāo)簽:Solution>Sol’nControl(Basic標(biāo)簽在頂部.)首先,指定LargeDisplacement分析及適當(dāng)?shù)姆治鲱愋?Static或Transient).第17頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月求解

...自動(dòng)求解控制其次,指定初始、最小和最大時(shí)間增量.通常用和時(shí)間增量逆相關(guān)的子步數(shù)來指定:Dt初始=(t終點(diǎn)–t起點(diǎn))/N初始Dt最小=(t終點(diǎn)–t起點(diǎn))/N最大Dt最大=(t終點(diǎn)–t起點(diǎn))/N最小N初始N最大N最小記住對(duì)率無關(guān)的分析,載荷步末端的時(shí)間可缺省為載荷步數(shù),或可指定其等于載荷.第18頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月求解

...自動(dòng)求解控制如何指定N初始,

N最大,和N最小的值呢？“最佳”值和問題緊密相關(guān).如果不知如何設(shè)置,嘗試缺省設(shè)置.注意若依賴所有的缺省設(shè)置會(huì)產(chǎn)生警告:缺省值隨模型物理特性的不同而不同.實(shí)際采用的值在輸出中反應(yīng):缺省傾向于穩(wěn)定性(容易收斂)而不是效率.上述情況中,時(shí)間增量可以小到載荷步總時(shí)間的1/200,000.第19頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月求解

...自動(dòng)求解控制然后求解.自動(dòng)求解控制定義所有其它的工具設(shè)置.隨著求解進(jìn)行,可以看到一個(gè)曲線圖顯示迭代歷史.殘差(力不平衡)為紫線.力收斂準(zhǔn)則為藍(lán)線.只要?dú)埐畹陀跍?zhǔn)則,則該子步收斂,并施加下一載荷增量.收斂D{F}第20頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月求解

...自動(dòng)求解控制求解過程產(chǎn)生三個(gè)重要的“反饋”文件.錯(cuò)誤文件(jobname.err).監(jiān)控文件(jobname.mntr).輸出文件(jobname.out).在PC機(jī)上交互運(yùn)行,輸出不寫入文件,而只是在輸出窗口中滾動(dòng).在PC機(jī)上,可以通過下列菜單操作將輸出捕捉到文件中.

UtilityMenu>File>SwitchOutputto>File應(yīng)該經(jīng)常查看這些文件的內(nèi)容.作為驗(yàn)證的一部分.學(xué)習(xí)如何改善收斂行為.下面的練習(xí)中將介紹這些文件的內(nèi)容.第21頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月求解

...自動(dòng)求解控制根據(jù)求解跟蹤曲線圖或反饋文件,有時(shí)需要做出提前終止求解的決定.有兩種方法停止求解:交互操作時(shí),點(diǎn)擊STOP按鈕.這樣會(huì)在當(dāng)前迭代終止時(shí)停止求解.第22頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月求解

...自動(dòng)求解控制停止求解(續(xù)):批處理方式運(yùn)行時(shí),產(chǎn)生“中斷”文件,jobname.abt.在工作目錄下它必須是ASCII文件.第一行包括非線性

字樣.程序在每次迭代開始時(shí)搜索該文件.若存在,在下次迭代開始前放棄求解.能重啟動(dòng)由于STOP或jobname.abt而終止的求解.第23頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月小結(jié)載荷步，子步和迭代步的理解非線性求解中“時(shí)間”的理解自動(dòng)求解控制FaxaFbxbFa1Fb2Fb1第24頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月求解

B.自動(dòng)求解控制…練習(xí)請(qǐng)參考附加練習(xí):W2.自動(dòng)求解控制–釣魚桿第25頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月求解

...自動(dòng)求解控制如果自動(dòng)求解控制對(duì)所建模型不起作用怎么辦?盡管自動(dòng)求解控制對(duì)所有用戶應(yīng)用的70％適用,但仍有模型不能給出收斂、有效的解.在這些情況下,需要手工控制.最普遍使用的控制是求解控制對(duì)話框中所有可用的各種標(biāo)簽.本章的后面將討論求解控制對(duì)話框中可用的大多數(shù)求解控制:Solution>Sol’nControl第26頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月求解

...自動(dòng)求解控制時(shí)間步大小是影響穩(wěn)定性、精度和效率的最重要的求解參數(shù).一般地,較小的步長有下列作用:改善收斂.提高精度.減少每一子步中平衡迭代的次數(shù).但–通常降低整體求解效率.大多數(shù)情況下,在改變其它控制之前修改步長控制.記住,增加子步數(shù)和減小時(shí)間步大小等效:Dt=(t終點(diǎn)–t起點(diǎn))/N第27頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月求解

C.結(jié)果文件選項(xiàng)缺省時(shí),只將最后子步的所有的求解項(xiàng)目

寫入.rst文件.可以改變結(jié)果數(shù)據(jù)的類型及所要寫入數(shù)據(jù)的子步.通過選擇結(jié)果項(xiàng)的子集減少寫入的數(shù)據(jù).寫入更多的子步可以產(chǎn)生動(dòng)畫或結(jié)果歷史曲線.這些控制在求解控制對(duì)話框的Basic標(biāo)簽中可找到.第28頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月求解

C.結(jié)果文件選項(xiàng)…練習(xí)請(qǐng)參考附加練習(xí):W3.結(jié)果文件選項(xiàng)–釣魚桿(第2部分)第29頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月求解

D.求解選項(xiàng)求解控制對(duì)話框中的Sol’nOptions標(biāo)簽允許:改變方程求解器.設(shè)置重啟動(dòng)選項(xiàng).第30頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月求解

...求解選項(xiàng)–求解器對(duì)非線性分析,有三個(gè)可供選擇的方程求解器直接求解器(稀疏)相對(duì)穩(wěn)定和有效迭代求解器(PCG)更有效,但不穩(wěn)定波前求解器更穩(wěn)定,但效率低缺省時(shí),程序會(huì)針對(duì)所建模型的特點(diǎn)選擇合適的求解器.這一選擇記錄在輸出中.第31頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月求解

...求解選項(xiàng)–求解器其它影響求解器選擇的因素直接求解器:對(duì)大多數(shù)問題為缺省選擇對(duì)病態(tài)矩陣優(yōu)于PCG(在file.PCS中達(dá)到收斂的迭代次數(shù)超過1,000)如果存在非對(duì)稱矩陣(摩擦接觸).采用并行處理迭代求解器:細(xì)化網(wǎng)格最有效,3D模型和實(shí)體單元–SOLID185,186,187,95,92和45s若收斂快則優(yōu)于直接求解器(在file.PCS中達(dá)到收斂的迭代次數(shù)有數(shù)百次)波前求解器:僅對(duì)小規(guī)模問題(<50,000DOF)ANSYS中最初的直接求解器第32頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月求解

E.非線性選項(xiàng)Nonlinear標(biāo)簽中的選項(xiàng)可以控制直接影響收斂行為的各種工具:收斂容差準(zhǔn)則.最大平衡迭代次數(shù).加強(qiáng)收斂工具.二分準(zhǔn)則.蠕變應(yīng)變速率選項(xiàng).第33頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月求解

...非線性選項(xiàng)–收斂準(zhǔn)則已經(jīng)知道Newton-Raphson法利用方程[KT]{

u}={F}-{Fnr}迭代求出收斂解程序反復(fù)求解方程直到殘差(力不平衡)即{F}-{Fnr}足夠小.允許的殘差的最大值稱為力收斂準(zhǔn)則.Fu殘差

<準(zhǔn)則時(shí)解收斂準(zhǔn)則第34頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月求解

...非線性選項(xiàng)–收斂準(zhǔn)則數(shù)學(xué)上表達(dá)為: 若: ||{R}||<(eRRref) 則: 求解收斂.式中||{R}||是殘差的矢量范數(shù)(范數(shù)是一個(gè)將矢量轉(zhuǎn)換為單一標(biāo)量值的算子).殘差的L1范數(shù): ||{R}||1=S|Ri|殘差的L2(SRSS)范數(shù): ||{R}||2=(SR2i)1/2殘差的無限范數(shù): ||{R}||

=max(|Ri|)(eRRref)是力收斂準(zhǔn)則

eR是容差因子,Rref是參考力值Rref可以是所有施加的力和反作用力的范數(shù),||{F}||(自動(dòng)地將準(zhǔn)則調(diào)整為載荷的量級(jí))缺省第35頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月求解

...非線性選項(xiàng)–收斂準(zhǔn)則缺省準(zhǔn)則對(duì)大部分的工程問題適用:

||{R}||2<(0.5%*||{F}||2)特殊情況下可以改變準(zhǔn)則.可以加緊或放松收斂準(zhǔn)則.加緊準(zhǔn)則能提高精度,但收斂困難.也可選擇其它項(xiàng)目檢查收斂性.可用力,力矩,位移及轉(zhuǎn)動(dòng)準(zhǔn)則.另外,可以改變用來度量收斂項(xiàng)目的范數(shù).L1,L2或無限范數(shù).注:若改變?nèi)魏问諗繙?zhǔn)則,程序?qū)h除所有缺省準(zhǔn)則!第36頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月求解

...非線性選項(xiàng)–收斂準(zhǔn)則改變收斂準(zhǔn)則:第一次改變準(zhǔn)則時(shí),出現(xiàn)缺省值的菜單列表.(顯示的缺省值基于“自動(dòng)求解控制”關(guān)閉狀態(tài).)注:動(dòng)作按鈕為Replace.

記住,若改變?nèi)魏问諗繙?zhǔn)則,則程序刪除所有缺省準(zhǔn)則!第37頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月求解

...非線性選項(xiàng)–收斂準(zhǔn)則點(diǎn)擊Replace彈出下面的對(duì)話框:可以增加位移檢查準(zhǔn)則:

||{Dui}||<(euuref)必須再建立力檢查收斂準(zhǔn)則.第38頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月求解

...非線性選項(xiàng)–收斂準(zhǔn)則為什么必須再建立力收斂準(zhǔn)則?僅依據(jù)位移收斂有時(shí)會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤的結(jié)果BigResidual因?yàn)榛谖灰频臋z查是收斂的相對(duì)度量,它應(yīng)僅作為基于力收斂的補(bǔ)充.基于力收斂提供收斂的絕對(duì)度量,

因?yàn)樗莾?nèi)力與外力之間平衡的度量.第39頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月求解

...非線性選項(xiàng)–收斂準(zhǔn)則如果不為最小參考值指定一個(gè)值,會(huì)產(chǎn)生警告:最小參考值(MINREF)是防止解試圖收斂至零容差的安全特征.如果自由體(無約束)系統(tǒng)或機(jī)構(gòu)沒有外力,準(zhǔn)則(eR*||{F}||2)將為零.若準(zhǔn)則為零,解將永不收斂!這種情況下,程序重新定義準(zhǔn)則為(eR*MINREF)MINREF的缺省值為0.01.如果該值對(duì)所建模型無意義,請(qǐng)指定一個(gè)更實(shí)際的值.第40頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月求解

...非線性選項(xiàng)–收斂準(zhǔn)則收斂準(zhǔn)則指南:大多數(shù)時(shí)候缺省收斂準(zhǔn)則適用.幾乎不需改變準(zhǔn)則.加緊或放松準(zhǔn)則,不改變?nèi)笔⒖贾?而將容差因子改變一到兩個(gè)數(shù)量級(jí).不要利用“放松”準(zhǔn)則來消除收斂困難.這只能使解收斂至不正確的結(jié)果!加強(qiáng)準(zhǔn)則需要更多的平衡迭代.檢查求解過程的MINREF警告信息.確保所用的最小參考值對(duì)所解決的問題有意義.第41頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月求解

E.收斂準(zhǔn)則…練習(xí)請(qǐng)參考附加練習(xí):W5.收斂準(zhǔn)則–桁架結(jié)構(gòu)第42頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月求解

...非線性選項(xiàng)–平衡迭代次數(shù).若在合理的平衡迭代次數(shù)內(nèi)解不收斂,程序?qū)⒍州d荷增量并再次求解.缺省情況為(SOLCONTROL,ON)程序根據(jù)問題的物理性質(zhì)在15到26之間選擇.SOLCONTROL,Off時(shí),所有情況下缺省為25.可以指定平衡迭代次數(shù).如果分析呈現(xiàn)出收斂趨勢,但需要更多迭代達(dá)到收斂時(shí)有用.第43頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月求解

...非線性選項(xiàng)–收斂工具有兩個(gè)加強(qiáng)收斂工具:線性搜索預(yù)測器這些工具擴(kuò)大收斂半徑,使收斂半徑更穩(wěn)定有效.第44頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月求解

...非線性選項(xiàng)–線性搜索缺省時(shí),若存在接觸單元,程序打開線性搜索.可以明確地打開或關(guān)閉而覆蓋缺省.激活時(shí),一旦檢測到剛化效應(yīng),線性搜索將位移增量乘以程序計(jì)算出的0和1之間的比例系數(shù).激活時(shí)線性搜索不會(huì)使解不穩(wěn)定,大多數(shù)情況下,將加強(qiáng)緩慢收斂的解.然而,線性搜索的確需要額外的CPU來計(jì)算線性搜索參數(shù).第45頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月求解

...非線性選項(xiàng)–線性搜索線性搜索對(duì)包括超彈性、接觸、大撓度桁架或柔化-剛化響應(yīng)的模型有利.線性搜索對(duì)克服振蕩收斂尤其有效.振蕩收斂第46頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月求解

E.線性搜索…練習(xí)請(qǐng)參考附加練習(xí):W6.線性搜索–桿第47頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月求解

...非線性選項(xiàng)–預(yù)測器預(yù)測器能通過對(duì)每一子步的第一次平衡迭代預(yù)測解的自由度來加速收斂.預(yù)測器將外推最后子步的結(jié)果獲得下次求解的起始點(diǎn).子步2位移載荷子步1Newton-Raphson迭代預(yù)測器計(jì)算第48頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月求解

...非線性選項(xiàng)–預(yù)測器缺省時(shí),所有情況下程序打開預(yù)測器,除非存在轉(zhuǎn)動(dòng)自由度或模型包括SOLID65單元(混凝土破裂/壓碎單元).問題有光滑的非線性響應(yīng)時(shí)預(yù)測器有用.塑性就是個(gè)很好的例子.若非線性響應(yīng)不光滑或分析中包括大轉(zhuǎn)動(dòng),預(yù)測器會(huì)導(dǎo)致發(fā)散.這種情況下關(guān)閉預(yù)測器.多數(shù)情況下缺省預(yù)測器設(shè)置有利.第49頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月求解

...非線性選項(xiàng)–二分控制若子步不收斂,程序會(huì)二分載荷增量并再次求解.二分時(shí),放棄當(dāng)前子步,時(shí)間步減小,程序自動(dòng)重啟動(dòng)求解.二分法很費(fèi)時(shí)間!通常設(shè)置自動(dòng)時(shí)間步控制以避免二分的做法更有效.若二分載荷增量仍