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    接觸問題是一種高度非線性行為,需要較大的計算資源,為了進行實為有效的計算,理解問題的特性和建立合理的模型是很重要的。     

    接觸問題存在兩個較大的難點:其一,在你求解問題之前,你不知道接觸區域,表面之間是接觸或分開是未知的,突然變化的,這隨載荷、材料、邊界條件和其它因素而定;其二,大多的接觸問題需要計算摩擦,有幾種摩擦和模型供你挑選,它們都是非線性的,

    摩擦使問題的收斂性變得困難。


     










    • 影響非線性收斂穩定性及其速度的因素很多:
      1、模型——主要是結構剛度的大小。對于某些結構,從概念的角度看,可以認為它是幾何不變的穩定體系。但如果結構相近的幾個主要構件剛度相差懸殊,在數值計算中就可能導致數值計算的較大誤差,嚴重的可能會導致結構的幾何可變性——忽略小剛度構件的剛度貢獻。如出現上述的結構,要分析它,就得降低剛度很大的構件單元的剛度,可以加細網格劃分,或著改用高階單元(BEAM->SHELL,SHELL->SOLID)。構件的連接形式(剛接或鉸接)等也可能影響到結構的剛度。
      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)、預共軛梯度法(PCG SOLVER)和波前法(FRONT DIRECT SLOVER)。稀疏矩陣法是性能很強大的算法,一般默認即為稀疏矩陣法(除了子結構計算默認波前法外)。預共軛梯度法對于3-D實體結構而言是最優的算法,但當結構剛度呈現病態時,迭代不易收斂。為此推薦以下算法:
             1)、BEAM單元結構,SHELL單元結構,或以此為主的含3-D SOLID的結構,用稀疏矩陣法;
             2)、3-D SOLID的結構,用預共軛梯度法;
             3)、當你的結構可能出現病態時,用稀疏矩陣法;
             4)、當你不知道用什么時,可用稀疏矩陣法。
      3、非線性逼近技術。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,但也和結構特點和步長有關;¢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峰值和下降響應曲線。但也發現:在峰值點,弧長法仍可能失效,甚至在非線性計算的線性階段,它也可能會無法收斂。
             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(否則出現莫名其妙的問題)。子步(時間步)的步長還是應適當,自動時間步長也是很有必要的。
      4、加快計算速度
      在大規模結構計算中,計算速度是一個非常重要的問題。下面就如何提高計算速度作一些建議:
      充分利用ANSYS MAP分網和SWEEP分網技術,盡可能獲得六面體網格,這一方面減小解題規模,另一方面提高計算精度。
      在生成四面體網格時,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節點,可以退化為10節點四面體單元,而92號單元為10節點單元,在此情況下用92號單元將優于95號單元。
      選擇正確的求解器。對大規模問題,建議采用PCG法。此法比波前法計算速度要快10倍以上(前提是您的計算機內存較大)。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。
      5、荷載步的設置直接影響到收斂。應該注意以下幾點:
      1、設置足夠大的荷載步(將MAXMIUM SUBSTEP=1000000),可以更容易收斂,避免發散的出現(nsub,nsbstp,nsbmx,nsbmn);
      2、設置足夠大的平衡迭代步數,默認為25,可以放大到很大(100)(eqit,eqit);
      3、將收斂準則調整,以位移控制時調整為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點的單元(SOLID65和SOLID45),關閉EXTRA DISPLACEMENTS OPTIONS(在OPTIONS中)。
      5、對于CONCRETE材料,可以關閉壓碎功能,將CONCRETE中的單軸抗壓強度設置為-1(tadata,mat,shrcf-op,shrcf-cl,UntensSt,UnCompSt(-1))。

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