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。
01
—
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
—
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:
在提示的网格单元附近区域局部加密网格。
提高单元阶数
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
问题:接触力不收敛或穿透过大。
操作:
修改接触算法:
在接触对的Details
中,将Formulation
从Pure Penalty
改为Augmented Lagrange
。
勾选Normal Stiffness = Aggressive
(提高接触刚度)。
启用自动时间步:
在Analysis Settings
中,设置Auto Time Stepping = On
,Initial Substeps=100
。
调整接触探测:
在接触Details中,设置Detection Method =Nodal-Normal to Target(减少穿透)。
问题:材料非线性或大变形导致发散。
操作:
分步加载:
在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%。
增加子步数:
在Analysis Settings
中,设置Initial Substeps=50
Minimum Substeps=20
Maximum Substeps=1000
启用大变形:
在Analysis Settings中勾选Large Deflection = On(适用于几何非线性)。
问题:刚体 位移或数值不稳定。
操作:
添加弱弹簧:
在Analysis Setting中找到Stabilization
,选择Weak Springs 为On
。
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)。
操作:
调整阻尼系数:
在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!