时间步、荷载步与荷载子步的关系是啥

本文摘要（由AI生成）：

这篇文章主要介绍了有限元软件计算中的两个重要概念：荷载步和荷载子步。作者首先解释了荷载步的概念，它是为求解而定义的一种荷载配置，可以根据荷载历程在不同的荷载步内施加不同的荷载。然后，作者介绍了荷载子步的概念，它是在荷载步中的某个求解点，程序通过逐渐增加荷载来获得更精确的结果。作者还提到了时间步的概念，它是在静态和稳态分析中用来跟踪求解的一个计数器。最后，作者总结了荷载步、荷载子步和时间步之间的关系，并对自己近期的工作状况进行了简单介绍。

嗯，没想到这次我会在深夜发文。

荷载步与荷载子步一直是有限元软件计算中两个比较重要的概念，对于一枚初入有限元计算的同学来讲，掌握和理解这个术语包含的内容至关重要。单就ANSYS来讲，涉及到这块的相关术语除了荷载步、荷载子步外，还有斜坡荷载、阶跃荷载、平衡迭代等，今日水哥简单说下荷载步与荷载子步的关系。

首先说下荷载步的概念。

荷载步是为求解而定义的一种荷载配置，可根据荷载历程（时间和空间）在不同的荷载步内施加不同的荷载，一般来讲，时间上的利用相对较多。

例如在我们比较常见的静力分析中，我们可以将结构的自重和外部荷载分为两步施加到结构上，也即第一步施加结构自重，第二步施加外部荷载，在这过程中，实际上就是将一个整体分析拆分成为了两个荷载步，而这也就代表着可以实现荷载工况的组合。

再来说说荷载子步的概念。

其实我们仅仅通过字面意思就可以理解其概念，所谓荷载子步，也即在我们前面定义的荷载步中的某个求解点，当然这个过程是由程序定义荷载增量的。在不同种类的分析中，设置不同的荷载子步有不同的目的。

例如，我们在线性静态分析或者稳态分析中，通过子步的逐渐增加荷载可以获得增加精确的结果；在瞬态分析中，使用子步可得到较小的积分步长，以满足瞬态时间积累法则；而在非线性分析中，通过子步数目的增加则可以明显起到改善计算收敛困难的局面。

所以，说到这儿，大家或许就明白了，荷载步包含荷载子步，类似父与子的关系，如果再加上一个实际工况，那么他们三者的关系可以总结如下：

实际工况=荷载步+荷载步+荷载步+.......

荷载步=荷载子步+荷载子步+荷载子步+.......

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文章标题还有个时间步，那么时间步又是个啥东西呢？

简单来讲，在所有静态和稳态分析中，不管是否与时间真实有关，ANSYS都会使用时间这个概念来跟踪求解，也可以简单的看为一个计数器或者跟 踪器，并且总是单调增加的。

故我们在求解设置的时候，总会出现一个命令，那就是time.(如果不手动设置,系统会有默认值）

其实这个命令起到了类型探针的效果，当我们定义了不同荷载步时，通过time这个探针可以实现对不同荷载步与子步的跟踪效果，也即每一个荷载步和荷载子步都和唯一的时间点相对应，故而，也就有了时间步这个概念，两个连续荷载步或者荷载子步之间的时间差我们称之为时间步长或者时间增量。

三者对应的关系如下： 

如果在将实际工况联系起来，则关系可以按如下表示：

实际工况=荷载步（时间步）+荷载步（时间步）+荷载步（时间步）+.......

荷载步=荷载子步（时间增量）+荷载子步（时间增量）+荷载子步（时间增量）+.......

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离上次发文已将近二十天有余，本人不得不感叹时间流逝之快。最近一直忙着项目的事儿，基本每天都是处于加班的状况(连我喜欢的农药也没时间玩了)因此很少打理公 众号，很多同学在后台发来的问题水哥也没能有时间一一回复，在这里说声万分抱歉。

如果有人好奇为啥今天我会在这个时候发文，因为今晚我通宵加班了，也终于有时间更新公 众号了。

-----------2017.0731 02：00:00于轨道院。   

作者：水哥，6年工程设计经验，50+个项目设计案例，ANSYS结构院微 信公众 号主创人，擅长地震时程分析，结构弹性稳定分析；结构非线性分析和结构反应谱分析，主要从事轨道交通类工程设计，设计作品代表有某地轨道交通5号线园博中心站，9号线一期工程土湾站、富华路站，5A线简家槽站、茄子溪站等