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仿真模型不收敛咋办啊

1天前浏览6


在ANSYS结构仿真中,判断结果是否收敛以及解决不收敛问题是实际工程分析的核心挑战。



以下是针对ANSYS Workbench 的实操指南,涵盖收敛判断方法、监控工具和不收敛时的解决方案。



01

收敛性判断方法


在workbench中,有如下三种方法来查看计算是否收敛:


1. 监控求解器输出信息


在计算开始后,在solution information中查看命令行消息,默认的选项为solver output:


默认容差:力残差通常需小于0.5%(也可自定义)。

出现如下消息表示收敛成功,计算完成。


出现Error表示不收敛,具体可查看报错信息,判断模型的改进方向。



2. 图形化监测工具

在计算开始后,在solution information下拉菜单选择Force Convergence ,可观察力的收敛残差曲线。


静力学计算的不收敛的情况多半如下图:

力的收敛曲线在残差标准线之上,红色虚线表示子步计算失败,继续将子步做二等分计算。


静力学计算的收敛的情况如下图:

计算时间稳步增加,绿色的虚线表示子步收敛。蓝色虚线表示加载步收敛。



对于显式动力学,通常观察能量平衡来判断

内能(Strain Energy)、动能(Kinetic Energy)、外力功(External Work)应平衡。


能量误差(|内能+动能-外力功|/外力功)应<5%,下图这个超过5%了,可判断为收敛性不佳。



3.收敛标准的设置:

通过Analysis Settings > Nonlinear Controls调整收敛容差,一般采用程序默认,在自己有一定的工程经验后可根据自己的判断来适当收严或放宽。

默认的收敛容差为0.5%



02

解决不收敛的办法


1. 网格优化

  • 问题:报错信息提示网格有畸变。

    这种报错有一部分原因是网格的问题,也可能是边界有问题,总之第一步是先检查网格质量。


  • 操作

    1. 在提示的网格单元附近区域局部加密网格。

    2. 提高单元阶数

    3. 检查网格质量


关于如何查找高畸变网格的位置,可以通过报错的单元ID来查找



2. 接触设置调整

  • 问题:接触力不收敛或穿透过大。

  • 操作:

  1. 修改接触算法:

    在接触对的Details中,将FormulationPure Penalty改为Augmented Lagrange

    勾选Normal Stiffness = Aggressive(提高接触刚度)。

  2. 启用自动时间步:

    Analysis Settings中,设置Auto Time Stepping = OnInitial Substeps=100

  3. 调整接触探测:

    在接触Details中,设置Detection Method =Nodal-Normal to Target(减少穿透)。



3. 载荷步与子步控制

  • 问题:材料非线性或大变形导致发散。

  • 操作

  1. 分步加载:

    Analysis Settings中,设置Number of Steps=2,第一个步施加50%载荷,第二步加载至100%。

  2. 增加子步数:

    Analysis Settings中,设置Initial Substeps=50

    Minimum Substeps=20

    Maximum Substeps=1000

  3. 启用大变形:

    在Analysis Settings中勾选Large Deflection = On(适用于几何非线性)。


4. 约束与稳定性

  • 问题:刚体 位移或数值不稳定。 

  • 操作

  1. 添加弱弹簧:

    Analysis Setting中找到Stabilization,选择Weak Springs 为On

  2. 检查约束:

    确保所有自由度的刚体运动被限制(如对称模型需施加对称约束)。


5. 数值阻尼(适用于振荡)

  • 操作

    调整阻尼系数:

    Stabilization下设置Damping Factor =0.1(默认0.2,值越小越严格)。



    以上方法为,确定边界条件无误的前提下进行的。

    在不收敛时第一步应该先检查边界条件简化的是否合理!


    以上为上周调试大变形模型而引发的思考。

    如有不足,评论区指正!



    来源:CAE十级退堂鼓
    ACTWorkbenchSTEPS静力学显式动力学非线性CONVERGEUG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:2025-08-26
    最近编辑:1天前
    lalalahu~
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    在工作与育儿之间:一位工程师妈妈的六年自白

    01—公 众号起步2019年冬天,我在一个平常的周日下午敲下第一个公 众号文章。那时我26岁,每天的工作是进行某汽车零部件的CAE分析,主要内是流体分析,结构分析和液压系统分析。那时我也只是和刚入行几年的小白。写这个公众 号的目的就是想归纳总结自己学到的东西,且为了保持成长。使用输出来倒逼自己的输入。 最初几个月是充实的。每个周日的下午,在队友去打篮球的时候,我会在家里用两小时时间去整理我本周学到的新技巧,记录在知乎和公 众号里。这些文章都是我做实际项目时真正用到的技能,也是我查阅德国的技术报告,翻译成英文看懂再转化为我自己的语言输出的。记得第一次收到读者留言是在凌晨1点,对方是一个还没有毕业的研究生,咨询我关于入行做仿真工程师的前景和路径。我耐心地和他讲述我有限的经历,让我第一次感受到的除了工作赚工资以外的价值。02—娃娃出生后2021年女儿出生后,时间开始不够用。那时候又赶上公司处于动荡期,离职了很多同事,我顺势接下了电磁仿真的工作。公司开展了很多新的业务线,多了很多新产品,白天要处理各种设计同事的疑问和仿真需求,晚上还要照顾几个月大的孩子。几次想复更公众 号都没有时间。而且自己的心思都在孩子身上,看的育儿书比看专业相关的书籍还要多。 2022年孩子一岁后我更新过一段时间,我现在仍清晰地记得,周末我在书房里敲键盘,孩子在外面砸门的叫“妈妈妈妈妈妈”(外面其实有他的爷爷奶奶还有爸爸),那一刻我才深刻体会到了,孩子对于一个母亲的时间占有是多么的极致。 后来公众 号最后停在了2022年8月的一篇关于内耗的文章中,我知道那时候我处于内耗中,工作很忙且没有成长性,小孩爸爸的工作突然间忙碌不已,连家都回不了,跟着老人一起带小孩,见识到了控制欲强烈的家长对小孩的影响。我整个人在中间周旋导致我身心俱疲,但是似乎找不到出口。 于是,我选择逃离,去公司总部出差,和朋友去外地看音乐节,看演唱会。去旅游。但是在这同时,我又在心底里深深的自责:我是一个不负责任的妈妈;我是一个为了工作不管小朋友需求的妈妈;我是一个会把小朋友留在家里一个人出去玩的妈妈。 最近大半年我疯狂阅读心理学书籍,听李松蔚的博客后逐渐理解了自己内心很多想法的成因后渐渐释怀。 现在我想先努力一个做10分的自己,做一个8分的妈妈。 不,先接受做一个8分的自己。03—职场发展说回到工作,在这期间,公司由于新业务线开得多了之后,问题也随之而来,大部分的仿真需求都都浮于表面,从不深入探索,也不给时间和机会进行深入探索。对于流体仿真,大部分的需求就是做一个流阻计算,写一份报告用于给客户展示。结构仿真,边界条件不清晰,随意简化,为了快速出报告,为了给客户展示仿真能力。但这,对于仿真工程师的成长来说是大忌,仿真工程师彻底沦为“工具人”。我在2024年开始疯狂在外面找工作,但是面试很少,能够深入面试的仅限于我与我本职工作同类型产品的岗位,除此之外的机会非常少。而且面试过来发现大部分的公司需要的就是身兼数职的仿真工具人。 我意识到了自己的发展瓶颈以及未来的发展路线的狭窄,加上这两年经济形势不好,因此我又开始重新思考这个公 众号的事情,也曾经想过不做仿真内容了,集中精力发展副业,想把自己的热爱发展成副业(比如心理咨询行业),在研究了实现热爱变现的各种路径之后,才发现热爱是热爱,擅长是擅长,对于自己积累了十年的领域,我觉得我还是擅长的,应该继续探索,冲破所谓的瓶颈。04—重启自媒体最近我做了复更公 众号的决定,未来想更新两方面的内容: 1.我这十年学到的所有CAE技能类的知识总结成文章分享出去,内容包括,流体仿真,结构仿真,电磁仿真以及多物理场耦合的系统仿真,为在学习CAE技能道路上的小伙伴们提供助力。 2.分享作为仿真工程师的职场十年经历与感悟,为新入行的小朋友提供方向性的指引或是解惑。作为一个INFJ,我深刻体会到让我真正感到有价值感的事情,就是帮助别人。 后续复更规律了以后,我希望能开一个知识星球(免费版),聚集一批热爱学习CAE技术的小伙伴,为你们在技术技能学习方面,职场发展方面答疑解惑。 现在的我,学会了用日程本把时间切成块:蓝色是工作,粉色是育儿,黄色是创作。虽然还是经常手忙脚乱,但至少不再苛求完美。如果说有什么心得想分享给同行,那就是:与其在“热爱”与“擅长”之间痛苦抉择,不如先把脚下的路走稳。那些日积月累的专业技能,终会在某个时刻变成照亮他人的光。 来源:CAE十级退堂鼓

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