影響非線性收斂的因素

1、影響非線性收斂穩(wěn)定性及其速度的因素很多：1、模型――主要是結(jié)構(gòu)剛度的大小。對(duì)于某些結(jié)構(gòu)，從概念的角度看，可以認(rèn)為它是幾何不變的穩(wěn)定體系。但如果結(jié)構(gòu)相近的幾個(gè)主要構(gòu)件剛度相差懸殊，在數(shù)值計(jì)算中就可能導(dǎo)致數(shù)值計(jì)算的較大誤差，嚴(yán)重的可能會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的幾何可變性――忽略小剛度構(gòu)件的剛度貢獻(xiàn)。如出現(xiàn)上述的結(jié)構(gòu)，要分析它，就得降低剛度很大的構(gòu)件單元的剛度，可以加細(xì)網(wǎng)格劃分，或著改用高階單元（BEAMSHELLSHELLSOLID)。構(gòu)件的連接形式（剛

2、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(SPARSEDIRECTSOLVER)、預(yù)共軛梯度法(PCGSOLVER)和波前法(FRONTDIRECTSLOVER)。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(duì)于3D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(shí)，迭代不易收斂。為此推薦以下算法：1）、BEAM單元結(jié)構(gòu)，SH

3、ELL單元結(jié)構(gòu)，或以此為主的含3DSOLID的結(jié)構(gòu)，用稀疏矩陣法；2）、3DSOLID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(shí)，用稀疏矩陣法；4）、當(dāng)你不知道用什么時(shí)，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

4、效，甚至在非線性計(jì)算的線性階段，它也可能會(huì)無法收斂。為此，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(shí)間步）的步長還是應(yīng)適當(dāng)，自動(dòng)時(shí)間步長也是很有必要的。4、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(gè)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ANSYSMAP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(shí)，用四面體

5、單元而不要用退化的四面體單元。比如95號(hào)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(hào)單元為10節(jié)點(diǎn)單元，在此情況下用92號(hào)單元將優(yōu)于95號(hào)單元。選擇正確的求解器。對(duì)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(duì)于工程問題，可將ANSYS缺省的求解精度從1E8改為1E4或1E5即可。5、荷載步的設(shè)置直接影響到收斂。應(yīng)該注意以下幾點(diǎn)：1、設(shè)置足夠大的荷載步（將MAXMIUMSUBS

6、TEP=1000000），可以更容易收斂，避免發(fā)散的出現(xiàn)(nsubnsbstpnsbmxnsbmn)；2、設(shè)置足夠大的平衡迭代步數(shù)，默認(rèn)為25，可以放大到很大(100)(eqiteqit)；3、將收斂準(zhǔn)則調(diào)整，以位移控制時(shí)調(diào)整為0.05，以力控制為上面所列節(jié)點(diǎn)的塑性輸出量實(shí)際上是離節(jié)點(diǎn)最近的那個(gè)積分點(diǎn)的值。如果一個(gè)單元的所有積分點(diǎn)都是彈性的（EPEQ＝0），那么節(jié)點(diǎn)的彈性應(yīng)變和應(yīng)力從積分點(diǎn)外插得到，如果任一積分點(diǎn)是塑性的（EPEQ0），

7、那么節(jié)點(diǎn)的彈性應(yīng)變和應(yīng)力實(shí)際上是積分點(diǎn)的值，這是程序的缺省情況，但可以人為的改變它。程序使用中的一些基本原則：程序使用中的一些基本原則：下面的這些原則應(yīng)該有助于可執(zhí)行一個(gè)精確的塑性分析1、所需要的塑性材料常數(shù)必須能夠足以描述所經(jīng)歷的應(yīng)力或應(yīng)變范圍內(nèi)的材料特性。2、緩慢加載，應(yīng)該保證在一個(gè)時(shí)間步內(nèi)，最大的塑性應(yīng)變?cè)隽啃∮?%，一般來說，如果Fy是系統(tǒng)剛開始屈服時(shí)的載荷，那么在塑性范圍內(nèi)的載荷增量應(yīng)近似為：0.05Fy－對(duì)用面力或集中力加載