搜索ANSYS应用大讲堂---影响非线性收敛稳定性及其速度的因素
2017-03-27 by:CAE仿真在线 来源:互联网
影响非线性收敛稳定性及其速度的因素很多:
1、模型――主要是结构刚度的大小。对于某些结构,从概念的角度看,可以认为它是几何不变的稳定体系。但如果结构相近的几个主要构件刚度相差悬殊,在数值计算中就可能导致数值计算的较大误差,严重的可能会导致结构的几何可变性――忽略小刚度构件的刚度贡献。如出现上述的结构,要分析它,就得降低刚度很大的构件单元的刚度,可以加细网格划分,或着改用高阶单元(BEAM->SHELL,SHELL->SOLID)。构件的连接形式(刚接或铰接)等也可能影响到结构的刚度。
2、线性算法(求解器)。ANSYS中的非线性算法主要有:稀疏矩阵法(SPARSE DIRECT SOLVER)、预共轭梯度法(PCG SOLVER)和波前法(FRONT DIRECT SLOVER)。稀疏矩阵法是性能很强大的算法,一般默认即为稀疏矩阵法(除了子结构计算默认波前法外)。预共轭梯度法对于3-D实体结构而言是最优的算法,但当结构刚度呈现病态时,迭代不易收敛。为此推荐以下算法:
1)、BEAM单元结构,SHELL单元结构,或以此为主的含3-D SOLID的结构,用稀疏矩阵法;
2)、3-D SOLID的结构,用预共轭梯度法;
3)、当你的结构可能出现病态时,用稀疏矩阵法;
4)、当你不知道用什么时,可用稀疏矩阵法。
3、非线性逼近技术。在ANSYS里还是牛顿-拉普森法和弧长法。牛顿-拉普森法是常用的方法,收敛速度较快,但也和结构特点和步长有关。弧长法常被某些人推崇备至,它能算出力加载和位移加载下的响应峰值和下降响应曲线。但也发现:在峰值点,弧长法仍可能失效,甚至在非线性计算的线性阶段,它也可能会无法收敛。
为此,尽量不要从开始即激活弧长法,还是让程序自己激活为好(否则出现莫名其妙的问题)。子步(时间步)的步长还是应适当,自动时间步长也是很有必要的。
4、加快计算速度
在大规模结构计算中,计算速度是一个非常重要的问题。下面就如何提高计算速度作一些建议:
充分利用ANSYS MAP分网和SWEEP分网技术,尽可能获得六面体网格,这一方面减小解题规模,另一方面提高计算精度。
在生成四面体网格时,用四面体单元而不要用退化的四面体单元。比如95号单元有20节点,可以退化为10节点四面体单元,而92号单元为10节点单元,在此情况下用92号单元将优于95号单元。
选择正确的求解器。对大规模问题,建议采用PCG法。此法比波前法计算速度要快10倍以上(前提是您的计算机内存较大)。对于工程问题,可将ANSYS缺省的求解精度从1E-8改为1E-4或1E-5即可。
波前法,PCG法都是方程组求解方法的一种。
方程组解法:
(1)直接解法:a.稀疏矩阵法;b.波前解法
a.稀疏矩阵法:占内存大,但运算次数少;通过变换刚度矩阵的顺序使得非零元素最少
b.波前解法:波前法的特点是:刚度矩阵K和载荷列阵P不按自然编号进入内存而按计算时参加运算的顺序排列;在内存中只保留尽可能少的一部分K和P的元素。
(2)迭代解法(JCG法;PCG法;ICCG法)
JCG法:可解实数、对称、非对称矩阵
PCG法:高效求解各种矩阵(包括病态),但仅解实、对称矩阵
ICCG法:类似JCG,但更强
对大规模问题,建议采用PCG法。此法比波前法计算速度要快10倍以上(前提是您的计算机内存较大)。
5、荷载步的设置直接影响到收敛。应该注意以下几点:
(1)、设置足够大的荷载步(将MAXMIUM SUBSTEP=1000000),可以更容易收敛,避免发散的出现(nsub,nsbstp,nsbmx,nsbmn);
(2)、设置足够大的平衡迭代步数,默认为25,可以放大到很大(100)(eqit,eqit);
(3)、将收敛准则调整,以位移控制时调整为0.05,以力控制为0.01(CNVTOL,lab,value,toler,norm,minref)。
(4)、对于线性单元和无中间节点的单元(SOLID65和SOLID45),关闭EXTRA DISPLACEMENTS OPTIONS(在OPTIONS中)。
(5)、对于CONCRETE材料,可以关闭压碎功能,将CONCRETE中的单轴抗压强度设置为-1(tadata,mat,shrcf-op,shrcf-cl,UntensSt,UnCompSt(-1))。
载荷步的设置对非线性问题求解非常重要,具体怎么设,需要摸索和经验。
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