干货｜ANSYS Workbench非线性不收敛解决办法

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