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干货|ANSYS Workbench非线性不收敛解决办法

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在仿真分析中,经常会遇到结构非线性问题。产生非线性行为的原因有很多,主要归结为材料非线性、几何非线性、接触非线性三类

运用ANSYS Workbench平台进行非线性分析时,有时收敛是相对困难的,是一个反复试错过程,需要进行不断的、大量的调参。作者经过大量工程实践,总结出以下常用有效解决方法:

(1) 多层细化网格,特别是接触界面,检查并改进单个体的网格质量;

(2) 开启大变形开关Large Deflection;

(3) 开启自动时间步Auto Time Stepping,并增加步数、减小步长;

(4) 开启线性搜索Line Serach,迭代过程中,给予迭代位移增量乘以一个小于1的系数;

(5) 开启弧长法(Arc-Length Method),插入命令流ARCLEN, Key, MAXARC, MINARC;

(6) 施加位移比施加载荷容易收敛,将载荷分为多个载荷步Number of Steps施加;

(7) 切换求解器类型Solver Type:

Direct:使用的是稀疏矩阵法SPARSE。性能很强大的算法,默认使用。特别适用于非确定矩阵的非线性分析,可在静态、谐响应、瞬态、子结构和随机分析中应用。梁单元、壳单元、以梁壳为主的实体结构、当结构出现病态矩阵时、不确定用什么时,用Direct。

Iterative:使用的是预条件共轭梯度法PCG。可在静态、模态、瞬态分析中应用。对实体单元结构是最优算法。

(8) 放松非线性收敛准侧,尽量用力收敛控制Force Convergence、而不用位移收敛控制Displacement Convergence,与不收敛关系并不大,而且放松后可能会得到错误的解;

(9) 刚度相差悬殊的相邻结构,降低刚度较大构件的刚度,如加细加密网格、采用高阶单元(梁—>壳,壳—>梁);

(10) 连接关系刚度太大,如刚接、铰接;

(11) 材料设置不正确;

(12) 打开重启动Restart Controls,重启点一般需要往前移3~5个子步;

(13) 对非线性材料零件插入U-P杂交单元,以解除非线性材料体积自锁,插入命令:Keyopt,matid,6,1。如果还是不能收敛,在求解栏插入命令:Solc,,,,vtol(vtol为体积容差值,0≤vtol≤1,默认为0.00001,推荐0.00001≤vtol≤0.01);

(14) 对于橡胶压缩、金属挤压/冲压成型等严重改变零件形状的非线性大变形分析,需要采用自适应网格技术(Nonlinear AdaptiveRegion);

(15) 接触设置时,利用增广拉格朗日算法(Augmented Lagrange),减小法向刚度(经验值0.1~1),允许有穿透。

(16) 更新的版本或许针对求解器,针对接触有更新、更好的设置。例如随着版本不断更新,ANSYS陆续增加了自适应网格技术、接触刚度指数迭代技术、半隐式算法等等来帮助客户应对更复杂的收敛问题。

来源:纵横CAE
WorkbenchSTEPS非线性CONVERGEUGUM材料控制
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2024-09-01
最近编辑:2月前
纵横CAE
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干货|ANSYS Workbench非线性屈曲分析

在实际结构中,非线性行为、载荷扰动、几何缺陷等因素会阻止系统达到理论屈曲强度,常需要进行非线性屈曲分析。Fig. 1 ANSYS Workbench非线性曲屈分析项目流程图非线性屈曲分析是一种非线性静力分析,其在ANSYS Workbench中的实现流程如图1所示,详细分析步骤如下所述。Step 1:进行线性屈曲分析‍‍‍ 通过线性曲屈分析,获取第一阶临界载荷,参见文章: ANSYS Workbench线性屈曲分析。Fig. 2 第一阶曲屈变形云图Step 2: 调用屈曲分析结果 ‍‍‍‍流程中插入Mechani calAPDL,右击Analysis,选择Add Input File,导入事先存好的upgeom.txt文件,再次右击Analysis,选择Update。upgeom.txt中的命令流如下: ‍‍‍‍/prep7upgeom, 0.2, 1, 1, file, rstcdwrite, db, file, cdb/solu 注意:upgeom.txt文件为考虑几何缺陷命令流,缺陷为线性屈曲模态变形相对值的倍数(如0.01倍、0.1倍、0.2倍等),具体数值根据实际加工水平。 Step 3:生成初始几何模型 右击Analysis—>TransferData to New—>选择Finite Element Modeler—>右击Model—>选择Update。双击Model进入FiniteElement Modeler界面,右击Geometry Synthesis选择Initial Geometry生成初始模型。 Step 4:实现几何模型共享 右击Model—>Transfer Data to New—>选择Static Structural—>拖动Model到Finite Element Modeler的Model上实现几何共享—>右击Finite Element Modeler中的Model—>选择Update。Step 5:设置材料性能参数进入Static Structural中的材料库,选择线性屈曲分析中使用的材料,此时可设置材料塑性参数,输入弹塑性或其它类型的非线性性能。 Step 6:进行非线性屈曲分析 双击项目流程图Static Structural中的Model,进入Mechanical界面,进行如下设置:1)单元设置、网格划分、约束条件与线性屈曲分析保持一致;2)载荷略大于第一阶临界载荷,位置、方向与线性屈曲分析保持一致;3)此时也可以另外引入一个其余方向足够小的扰动载荷;4)点击Analysis Settings,进行如下设置:(a) 设置多个载荷步加载载荷,便于非线性收敛。参见前期文章:干货|ANSYS Workbench非线性不收敛解决办法;(b) 设置足够长的结束时间Step End Number,便于捕捉屈曲临界载荷;(c) 开启自动时间步长Auto Time Stepping,依次设置子步数Substeps。参见前期文章:干货 | ANSYS Workbench瞬态分析时间步设置方法;(d) 开启大变形Large Deflection,开启稳定性Stabilization为Constant;(e) 设置牛顿-拉斐森方法Newton-Raphson Option为Direct。注意:牛顿-拉斐森方法能够得到正确极限载荷,但无法分析后屈曲行为。弧长法是优秀的结构稳定性计算方法,不仅可以获得正确的载荷位移曲线,还可以分析后屈曲行为。但是,弧长法理论复杂,操作麻烦,不能与自动时间步、线性搜索同时开启,求解器类型不能使用Iterative(即PCG方法),并且该方法目前在Workbench中没有操作选项,需要添加少许命令才能实现。右击Analysis Settings,插入命令流: ARCLEN, Key, MAXARC, MINARC其中,Key为ON时开启弧长法,为OFF时关闭弧长法;MAXARC为参考弧长半径的最大乘数,默认25;MINARC为参考弧长半径的最小乘数,默认0.001。线性屈曲与非线性屈曲4) 添加Total Deformational,求解计算得到屈曲载荷位移曲线,曲线上的突变点处即为屈曲临界载荷值。来源:纵横CAE

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