Mechanical常见报错-单元畸变

00 背景

    根据笔者多年的经验，在ANSYS Workbench通用结构分析模块中，最常见的求解报错主要有单元畸变，接触错误，约束不足等。

    一旦出现求解报错，则求解无法顺利完成，则无法获得有效结果，所以求解报错是不得不解决的问题。

01 导读

    单元畸变是ANSYS Workbench通用结构分析模块中最常见的求解报错之一。本文通过一个简单案例，展示单元畸变报错的几种来源。

02 几何模型

   几何模型如下图所示。

03 材料模型

    本文使用的材料参数如下。

    弹塑性。

04 边界条件

    定义附加质量，这样更小的加速度能引起更大的作用力。

    约束左右端面，定义加速度。

05 仿真分析

05.1 网格质量极好

    分析设置的时间步采用默认，打开大变形。

    求解报错信息如下，单元畸变。(源自Messages)

    求解报错信息如下，单元畸变。(源自Solution Information)

    求解报错信息中提供的解决办法的翻译。

    1）增加子步数或者减小时间步长，使得载荷缓慢施加。

    2）优化网格划分，改善单元的长宽比。

    3）检查材料参数，接触设置，约束方程是否合理。

    4）如果单元畸变报错信息出现在首个子步的首个迭代步，请一定要检查网格质量。

    接受解决办法一的建议，减少时间步长。

    求解报错信息还是单元畸变。

    相比默认的时间步，减少时间步长后，计算总时长有所提升。

05.2 网格质量一般 

    减少时间步长，打开大变形。

    求解报错信息还是单元畸变。

05.3 改变约束 

    网格质量一般，同上。

    更改约束条件，约束左右端面的边线。

    减少时间步长，打开大变形。

    求解报错信息还是单元畸变。

    并且计算总时长明显降低。

06 总结

1）单元的变形能力是有限的，超过这个限度，就会出现单元畸变报错。

2）单元畸变无非取决于两个因素：单元节点力大小和单元划分质量高低。由此我们可以推断：载荷过大，约束过于集中，接触力分布过于集中等因素导致的节点力过大，以及单元划分质量过差，都可能导致单元畸变报错，导致求解无法完成。