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ansys非線性收斂總結(jié)ansys計(jì)算非線性時會繪出收斂圖，其中橫坐標(biāo)是cumulative iteration number 縱坐標(biāo)是absolute convergence norm。他們分別是累積迭代次數(shù)和絕對收斂范數(shù)，用來判斷非線性分析是否收斂。ansys在每荷載步的迭代中計(jì)算非線性的收斂判別準(zhǔn)則和計(jì)算殘差。其中計(jì)算殘差是所有單元內(nèi)力的范數(shù)，只有當(dāng)殘差小于準(zhǔn)則時，非線性疊代才算收斂。ansys的收斂是基于力的收斂的,以力為基礎(chǔ)的收斂提供了收斂量的絕對值，而以位移為基礎(chǔ)的收斂僅提供表現(xiàn)收斂的相對量度。一般不單獨(dú)使用位移收斂準(zhǔn)則,否則會產(chǎn)生一定偏差,有些情況會造成假收斂.(ansys非線性分析指南-基本過程Page.6) 。因此ansys官方建議用戶盡量以力為基礎(chǔ)（或力矩）的收斂誤差，如果需要也可以增加以位移為基礎(chǔ)的收斂檢查。ANSYS缺省是用L2范數(shù)控制收斂。其它還有L1范數(shù)和L0范數(shù)，可用CNVTOL命令設(shè)置。在計(jì)算中L2值不斷變化，若L2SHELL,SHELL-SOLID)。構(gòu)件的連接形式（剛接或鉸接）等也可能影響到結(jié)構(gòu)的剛度。 2、線性算法（求解器）ANSYS中的非線性算法主要有：稀疏矩陣法(SPARSE DIRECT SOLVER)、預(yù)共軛梯度法(PCG SOLVER)和波前法(FRONT DIRECT SLOVER)。稀疏矩陣法是性能很強(qiáng)大的算法，一般默認(rèn)即為稀疏矩陣法（除了子結(jié)構(gòu)計(jì)算默認(rèn)波前法外）。預(yù)共軛梯度法對于3-D實(shí)體結(jié)構(gòu)而言是最優(yōu)的算法，但當(dāng)結(jié)構(gòu)剛度呈現(xiàn)病態(tài)時，迭代不易收斂。為此推薦以下算法： 1）BEAM單元結(jié)構(gòu)，SHELL單元結(jié)構(gòu)，或以此為主的含3-D SOLID的結(jié)構(gòu)，用稀疏矩陣法； 2）3-D SOLID的結(jié)構(gòu)，用預(yù)共軛梯度法； 3）當(dāng)你的結(jié)構(gòu)可能出現(xiàn)病態(tài)時，用稀疏矩陣法； 4）當(dāng)你不知道用什么時，可用稀疏矩陣法。 3）非線性逼近技術(shù)在ANSYS里還是牛頓拉普森法和弧長法。牛頓拉普森法是我們常用的方法，收斂速度較快，但也和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和步長有關(guān)?；￠L法常被某些人推崇備至，它能算出力加載和位移加載下的響應(yīng)峰值和下降響應(yīng)曲線。但也發(fā)現(xiàn)：在峰值點(diǎn)，弧長法仍可能失效，甚至在非線性計(jì)算的線性階段，它也可能會無法收斂。 為此，我們盡量不要從開始即激活弧長法，還是讓程序自己激活為好（否則出現(xiàn)莫名其妙的問題）。子步（時間步）的步長還是應(yīng)適當(dāng)，自動時間步長也是很有必要的。 2.如何加快計(jì)算速度 在大規(guī)模結(jié)構(gòu)計(jì)算中，計(jì)算速度是一個非常重要的問題。下面就如何提高計(jì)算速度作一些建議： 充分利用ANSYS MAP分網(wǎng)和SWEEP分網(wǎng)技術(shù)，盡可能獲得六面體網(wǎng)格，這一方面減小解題規(guī)模，另一方面提高計(jì)算精度。 在生成四面體網(wǎng)格時，用四面體單元而不要用退化的四面體單元。比如95號單元有20節(jié)點(diǎn)，可以退化為10節(jié)點(diǎn)四面體單元，而92號單元為10節(jié)點(diǎn)單元，在此情況下用92號單元將優(yōu)于95號單元。 選擇正確的求解器。對大規(guī)模問題，建議采用PCG法。此法比波前法計(jì)算速度要快10倍以上（前提是您的計(jì)算機(jī)內(nèi)存較大）。對于工程問題，可將ANSYS缺省的求解精度從1E-8改為1E-4或1E-5即可。 設(shè)置直接影響到收斂。應(yīng)該注意以下幾點(diǎn)： 1)足夠大的荷載步（將MAXMIUM SUBSTEP=1000000），可以更容易收斂，避免發(fā)散的出現(xiàn)(nsub,nsbstp,nsbmx,nsbmn)； 2)足夠大的平衡迭代步數(shù)，默認(rèn)為25，可以放大到很大(100)(eqit,eqit)； 3)將收斂準(zhǔn)則調(diào)整，以位移控制時調(diào)整為0.05，以力控制為0.01(CNVTOL,lab,value,toler,norm,minref)。 4)對于線性單元和無中間節(jié)點(diǎn)的單元（SOLID65和SOLID45），關(guān)閉EXTRA DISPLACEMENTS OPTIONS（在OPTIONS中）。 5)對于CONCRETE材料，可以關(guān)閉壓碎功能，將CONCRETE中的單軸抗壓強(qiáng)度設(shè)置為-1(tadata,mat,shrcf-op,shrcf-cl,UntensSt,UnCompSt(-1)。3.非線性計(jì)算無法收斂原因非線性計(jì)算無法收斂是非常頭疼的問題，往往不同的分析過程會有不同的提示，總結(jié)不收斂的原因，主要可從以下幾大類著手：1）檢查模型是否存在不完全約束或剛體位移的情況：這主要是通過施加合理的約束方法來誰解決。如果剛體位移不可避免，可以人為施加合理的約束使其收斂，workbench就是通過施加弱彈簧來消除剛體位移的。 2）檢查網(wǎng)格：尤其是錯誤信息提示有“單元出現(xiàn)嚴(yán)重扭曲”的語句時，這種情況發(fā)生在原模型計(jì)算前存在嚴(yán)重網(wǎng)格畸變的情形，可以通過 check,esle,warn 選擇存在警告的單元位于何處，找到位置后再在該處細(xì)化。3）檢查載荷子步和時間步設(shè)置：一般是增加子步數(shù)或者減少時間步長，這點(diǎn)不用多說了，很實(shí)用很有效的方法。4）檢查材料參數(shù)設(shè)置：這一錯誤通常不容易發(fā)現(xiàn)，然而非常重要。材料模型不正確意味著不合理的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，在施加載荷后往往出現(xiàn)不合理的結(jié)構(gòu)響應(yīng)，導(dǎo)致自由度位移過大而不收斂。具體說就是材料的EX,PRXY,金屬材料的雙線性和多線性參數(shù)等是否正確。5）檢查結(jié)構(gòu)是否有不穩(wěn)定：如果我們分析的結(jié)構(gòu)是一個局部或全局不穩(wěn)定結(jié)果，這一點(diǎn)必須考慮。比如在結(jié)構(gòu)變形過程中出現(xiàn)了屈曲、剛度突變的情況，這個錯誤是非線性不收斂的一個重要錯誤。6）檢查接觸的設(shè)置：接觸是一個狀態(tài)非線性問題，ansys中可選的參數(shù)很多，對于不同的接觸其中的參數(shù)需要個別設(shè)置，其中主要的參數(shù)有接觸行為方式，法向罰剛度因子，pingball域，初始穿透等等。7）檢查積分參數(shù)的設(shè)置：在瞬態(tài)分析采用完全求解方法時，默認(rèn)的方法是Newmark方法，四個積分參數(shù)由控制，在一些特殊情況下，考慮數(shù)值衰減效果更加理想的HHT方法，或者手動設(shè)置四個積分參數(shù)（但是這必須在你非常清楚積分參數(shù)的影響和保證無條件收斂的情況下才可以）。8）檢查非線性求解器的選擇：ansys默認(rèn)的求解方法是iterative，即迭代法，即Newton-Raphson迭代，很多情況下該方法是可行的，但有時候直接迭代法direct能更好的收斂。9）變形分析中約束方程的設(shè)置，一旦約束方程的節(jié)點(diǎn)的位移不滿足方程存在的條件的話就會產(chǎn)生變形不合理、不收斂的情況。 ，最好的方法就是從out信息中尋找突破點(diǎn)。 4.ANSYS的非線性收斂準(zhǔn)則描述：計(jì)算收斂過程圖2 t# W* ?& N& Z s 6 V8 BCNVTOL, Lab, VALUE, TOLER, NORM, MINREF. U5 b6 g$ K U+ $ K2 t% v* WKANSYS中,非線性收斂準(zhǔn)則主要有力的收斂，位移的收斂，彎矩的收斂和轉(zhuǎn)角的收斂。一般用力的控制加載時，可以使用殘余力的2-范數(shù)控制收斂；而位移控制加載時，最好用位移的范數(shù)控制收斂。! x: c3 S# - p$ AWhen SOLCONTROL,ON, TOLER Defaults to 0.005 (0.5%) for force and moment, and 0.05 (5%) for displacement when rotational DOFs are not present. 6 w$ n, e* j5 e: L& C1 When SOLCONTROL,OFF, defaults to 0.001 (0.1%) for force and moment.收斂精度一般可放寬至 5%，以提高收斂速度。1)加快收斂的方法有一下幾種1）可以增大荷載子步數(shù),nsubst,nsbstp,nsbmn,carry 2）修改收斂準(zhǔn)則,cnvtol,lab,value,toler,norm,minref 3）打開優(yōu)化的非線性默認(rèn)求解設(shè)置和某些強(qiáng)化的內(nèi)部求解算法，solcontrol, key1,key2,key3,vtol（一般情況下，默認(rèn)是打開的）4）重新劃分網(wǎng)格,網(wǎng)格的單元不宜太大或太小, 一般在510厘米左右5）檢查模型的正確性 2)如何看非線性計(jì)算時繪出的收斂圖1.圖片含義：非線性計(jì)算是一個迭代計(jì)算的過程，曲線表示兩次迭代之間的誤差，圖中分別表示力和位移在迭代過程中的每次迭代之間的誤差CRIT表示收斂準(zhǔn)則，不同的收斂準(zhǔn)則對應(yīng)不同的顏色的曲線L2表示收斂殘差，相應(yīng)的有F L2（力收斂殘差）、M L2（彎矩收斂殘差）2.收斂的判斷依據(jù)：1、L2曲線均在CRIT曲線以下；2、Time=1（time=1，! h8 M : o/ ! X0 P. r只是一個完成的標(biāo)志，: k: f! ; Nx這里默認(rèn)的認(rèn)為總時間是1，( ?a9 Y4 x6 D4 |說明到達(dá)最后一步了！& e; 4 e8 H! F s這個也可以不稱作判據(jù))& H4 # F- J% y* G0 I滿足以上條件，則非線性分析收斂。ansys計(jì)算非線性時會繪出收斂圖，該圖是對你計(jì)算過程的一個記錄，是對計(jì)算過程的直觀認(rèn)識。其中橫坐標(biāo)是cumulative iteration number ，是累積迭代次數(shù)；縱坐標(biāo)是absolute convergence norm，絕對收斂范數(shù)，由他們來判斷非線性分析是否收斂。ansys在每荷載步的迭代中計(jì)算非線性的收斂判別準(zhǔn)則和計(jì)算殘差。其中計(jì)算殘差是所有單元內(nèi)力的范數(shù)，只有當(dāng)殘差小于準(zhǔn)則時，非線性疊代才算收斂。ansys默認(rèn)的收斂準(zhǔn)則是將不平衡力的SRSS與VALUEYOLER的值進(jìn)行比較，對力或力矩進(jìn)行收斂檢查。也可以添加位移收斂準(zhǔn)則。ansys的位移收斂是基于力的收斂的,以力為基礎(chǔ)的收斂提供了收斂量的絕對值，而以位移為基礎(chǔ)的收斂僅提供表現(xiàn)收斂的相對量度。一般不單獨(dú)使用位移收斂準(zhǔn)則,否則會產(chǎn)生一定偏差,有些情況會造成假收斂。因此ansys官方建議用戶盡量以力（或力矩）為基礎(chǔ)的收斂準(zhǔn)則，如果需要也可以增加以位移為基礎(chǔ)的收斂檢查。對于多自由度體系的收斂檢查，ANSYS提供了三種不同的矢量范數(shù)用于收斂檢查：無限范數(shù)、L1范數(shù)、L2范數(shù)。ANSYS缺省是用L2范數(shù)控制收斂。在圖形右邊表示的就是你這次計(jì)算使用的收斂準(zhǔn)則crit、L2分別是按照兩種收斂準(zhǔn)則計(jì)算出來的誤差量。F CRIT收斂標(biāo)準(zhǔn)；F L2誤差范數(shù)，按照L2收斂準(zhǔn)則計(jì)算出來的力的誤差量（迭代計(jì)算中的概念）。M表示力矩。TIME是與定義的子步與子步數(shù)的過程反映。由TIME 和NSUBST命令控制。3.繪制收斂圖結(jié)束后會顯示收斂圖，如果你把它弄消失了，就無法再查看了。只有再算一次。所有小心操作！不過收斂圖不怎么重要，只是模型計(jì)算過程的記錄。紫的是殘差力，即（F - Fnr），籃的是收斂準(zhǔn)則，當(dāng)殘差在準(zhǔn)則以下時，求解收斂Ansys 牛頓-拉普森法用如下方程迭代到一個收斂解：KTdeta u = F - Fnr以增量形式逐漸施荷加載。在每一載荷增量中完成平衡迭代來使得增量求解達(dá)到平衡。求解平衡方程KTDeta u = F - Fnr9 n% E% C! P1 KT 切線剛度矩陣deta u 位侈增量& : 4 x _3 C! d8 K: vF 外部載荷向量+ K6 E. z. 3 |% m+ OE jFnr 內(nèi)部力向量迭代進(jìn)行，直到F - Fnr在允許誤差范圍內(nèi)。程序反復(fù)求解此方程（二分載荷增量）, 直到殘差(失衡力), F - Fnr, 小到可以接受的程度.最大可接受值稱為力收斂準(zhǔn)則當(dāng)L2處于crit曲線下時收斂，但是很多時候，L2曲線是在CRIT曲線上下波動，并不都處于CRIT曲線之下3)關(guān)于ansys中收斂準(zhǔn)則(cnvtol)理解1 Y3 n5 J; N( t0 1 j0 r0 V2 h S- V; r0 X3 v+ y* ansys中依據(jù)缺省的收斂準(zhǔn)則，程序?qū)Σ黄胶饬RSS與VALUE*TOLER的值進(jìn)行比較；而VALUE的缺省值是在SRSS和MINREF中取較大值?，F(xiàn)假如TOLER的缺省值是0.1的話，這個準(zhǔn)則是不是可以理解成后一次的SRSS是前一次的SRSS的01倍就收斂啦？ / E1 T6 O& x. z5 L7 k p: x請指點(diǎn) 5 r3 q1 _f8 , t/ X9 P9 T& t7 M7 h$ ( r我是這樣理解的例如下面的命令流:convergence value 是收斂值，convergence norm是收斂準(zhǔn)則。ansys可以用cnvtol命令，如： u# L5 V3 I$ F% Vcnvtol,f,5000,0.0005,0cnvtol,u,10,0.001,2其中f是指采用力結(jié)果，5000是收斂絕對值，0.0005是收斂系數(shù)，0是收斂范數(shù)。9 A# Y. S8 i2 S如果不平衡力（獨(dú)立的檢查每一個自由度）小于等于5000*0.0005（也就是2.5），并且如果位移的變化小于等于10*0.001時，認(rèn)為子步是收斂的。5 ; p2 B$ P& j$ Y- p8 C6 1 BANSYS中收斂準(zhǔn)則，程序默認(rèn)力與位移共同控制，并且收斂的控制系數(shù)好像是0.001。這樣的收斂精度一般很難使塑性分析收斂，對于一般的塑性分析收斂問題，前幾個荷載步（彈性階段）用力與位移共同控制，進(jìn)入塑性后用力控制或位移控制，也可以先用力后用位移控制（位移控制比較容易收斂），至于控制系數(shù)取多少，自己根據(jù)需要逐步放大直至收斂！也有人建議最后用能量來控制收斂: A7 J+ E3 ) j0 f3 c* I( 收斂準(zhǔn)則應(yīng)該是指選取那種結(jié)果進(jìn)行收斂判定，通常有三種選擇，分別是力（f），位移（u）、和能量。當(dāng)然這三種形式可以單獨(dú)使用也可以聯(lián)合使用。收斂準(zhǔn)則的另一層意思應(yīng)該是選取什么范數(shù)形式（1、2、3范數(shù)）。一般結(jié)構(gòu)通常都選取2范數(shù)格式。 2 ; G O. : K而收斂值只是收斂準(zhǔn)則中的一部分，如cnvtol命令中的收斂絕對值與收斂系數(shù)的乘積就應(yīng)該是你所指的收斂值（convergence value）ansys 使用收斂準(zhǔn)則有L1，L2，L（無窮大）三個收斂準(zhǔn)則。 & W( z5 6 a5 e t$ p. B