ANSYS收敛性解决方案

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导读

什么是收敛？发散的可能原因是什么？我们通过求解信息中的警告和报错信息，针对性的修改模型或参数，可以解决大部分不收敛问题。需要注意的是，通过调整参数来得到的收敛结果，一般需要做更进一步的参数无关性分析，即进一步调整参数，尽可能得到参数继续变化但结果变化比较小的方案。此时，我们所调整的参数对结果几乎没有影响了。

不收敛问题是许多CAE仿真工程师不得不面临的工程难题，没有绝对的解决方案，只有更合理的建模和分析，得到更适用的结果。

什么是收敛

我们在做CAE分析时经常说结果不收敛，那到底什么是收敛呢？我们知道，CAE分析实际上是把数学解析方程离散后构建矩阵，通过求解矩阵得到数值解（与解析解有一定差异）。因为离散化以及数值精度问题，我们基本上很难得到和解析解一模一样的结果，在求解过程中，数值解在每次迭代后越来越趋向解析解，其差值小于一定的标准（收敛准则）后，我们就认为是收敛了，也就说在一定误差允许范围内数值解收敛于解析解，反之，若不管怎么迭代，数值解都不能稳定于解析解指定差值内，则认为是求解发散，如下图：

上图是不同物理量的残差，如果残差越来越小，达到标准之内，就可以认为这个物理量在当前准则下是收敛的；反之，如果一个物理量的残差在当前状态无法达到或无法稳定在标准之内，则认为当前物理量无法收敛，即发散。

如果是线性分析，只要模型受力是平衡的，则结果一定是收敛的，且输入输出满足线性关系：

无论输入是多大，或者分几个子步求解，其输出结果都满足线性比例关系，只要得到任意输入的结果，更大或更小输入所对应的结果只需要按比例缩放即可；

如果是非线性分析，因其输入输出不满足线性比例缩放，且数值矩阵在每一次迭代后，都有所变化，需要不断迭代才可能得到最终结果。在迭代过程中，数值解可能围绕解析解波动，如果波动无法达到收敛阈值，则为非线性不收敛问题了。

常见的几种收敛解决方案

减小加载步长配合重启动分析

不收敛问题中有一部分原因是因为当前分析步加载过大，导致接触穿透或震荡；此种情况，我们可以尝试减小载荷加载量，即缩短步长来解决此类不收敛。同时，为了减小计算量，可以配合重启动分析。如下图，我们最好手动把重启点生成和自动时间子步这块修改为手动或打开。再次提交分析时，软件会自动接着指定的已收敛分析步计算。

接触刚度调整

对于有接触的分析，我们知道接触对中有个接触刚度的概念。接触刚度越大，接触反力则越大，过大的接触反力会产生严重的接触震荡，即过大的接触反力使接触断开，而后重新接触再次断开，反复变化；接触刚度过小，则会产生过大的穿透量，偏离真实情况。因此接触刚度调整是一个平衡的问题，减小接触刚度更容易收敛。接触对属性中有法向接触刚度系数的选项，此系数小于1，相当于把默认的接触刚度减小了。

求解信息查询

不收敛的原因各种各样，但都会反映到求解信息上。学会查看求解信息，找出不收敛的原因，是提升求解分线性分析能力的必要之路。求解信息中有许多计算中间过程的信息，以及警告和报错信息，有时也会有对应的推荐解决方法。

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来源：艾羽科技

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首次发布时间：2023-04-29