ansys非线性收敛总结(转载)

ansys非线性收敛总结

智创仿真 2016年8月6日1750

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ansys非线性收敛总结

ansys计算非线性时会绘出收敛图，其中横坐标是cumulative iteration number 纵坐标是absolute convergence norm。他们分别是累积迭代次数和绝对收敛范数，用来判断非线性分析是否收敛。

ansys在每荷载步的迭代中计算非线性的收敛判别准则和计算残差。其中计算残差是所有单元内力的范数，只有当残差小于准则时，非线性叠代才算收敛。

ansys的收敛是基于力的收敛的,以力为基础的收敛提供了收敛量的绝对值，而以位移为基础的收敛仅提供表现收敛的相对量度。一般不单独使用位移收敛准则,否则会产生一定偏差,有些情况会造成假收敛.(ansys非线性分析指南--基本过程Page.6) 。因此ansys官方建议用户尽量以力为基础（或力矩）的收敛误差，如果需要也可以增加以位移为基础的收敛检查。

ANSYS缺省是用L2范数控制收敛。其它还有L1范数和L0范数，可用CNVTOL命令设置。在计算中L2值不断变化，若L2

由于ANSYS缺省的criterion计算是全部变量的平方和开平方（SRSS）*valuse(你设置的值)，所以crition也有小小变化。如有需要，也可自己指定crition为某一常数， C NVTOL,F,10000,0.0001,0就指定力的收敛控制值为10000*0.0001=1。

另外，非线性计算中用到的一个开关是SOLCONTROL，如关闭SOLCONTROL 选项，那么软件默认收敛准则：力或弯矩的收敛容差是0.001，而不考虑位移的收敛容差；如果打开S OLCONTROL 选项，同样的默认收敛准则：力或弯矩的收敛容差是0.005，而位移收敛容差是0.05。

非线性收敛非常麻烦，与网格精度、边界条件、荷载步等一系列因素有关，单元的特点对收敛的影响很大，单元的性态不好收敛则困难些；合理的步长可以使求解在真解周围不至于振荡，步长过小，计算量太大，步长过大，会由于过大的荷载步造成不收敛。网格密度适

当有助于收敛，网格太密计算量太大，当然太稀计算结果会有较大的误差。究竟多少往往要针对问题进行多次试算。

1、如果不收敛，可以考虑一下方法改进

1.放松非线性收敛准则。

(CNVTOL #Sets convergence values for nonlinear analyses).

2.增加荷载步数。

(NSUBST #Specifies the number of substeps to be taken this load step)

3.增加每次计算的迭代次数(默认的25次)

(NEQIT #Maximum number of equilibrium iterations allowed each substep)

4 重新划分单元试试，后续会得到不同的答案。

就我的经验,前两种方法效果好一些,后一种方法不一定奏效。但应注意到，放大收敛准则其实是在降低计算精度的条件下得到近似解，并且放大的收敛准则是否与实际相符或有实际意义应仔细考虑。

2、问非线性计算的收敛和速度

Q:我在计算一个大型结构，地震荷载，BEAM188 计算时间太长一个小时可能计算了1秒总共40秒而且越来越慢，不小心早上还停了电如何能使计算加快？或者怎么才能即使突然结束以后还能继续算？

A:调整优化非线性计算的收敛和速度可以说几乎是一种艺术, 即没有固定的可循规则。

我的经验是, 你的结构的"非线性"越小, 非线性的变化越规则, 就越容易收敛. 想象一下如果你是手算这个非线性问题, 对你来讲较容易的, 对ANSYS的相应算法也会容易些.

可以把你的地震时程分析拿出几点, 做一下静态的非线性分析, 同时调整模型看看分析出来的结果是否合理. 如果这一步还没有做, 那花大量时间做出的时程分析是废品的可能性十分之大.

一定要记住有限元分析是一个"简化"问题的过程. 建立一个模型一定要由浅到深. 线性的模型没有搞透不要贸然进攻非线性. 静态没有搞透不要碰时程分析.

A:影响非线性收敛稳定性及其速度的因素很多，我们可以看看这几点：

1.影响非线性收敛稳定性及其速度的因素：

1）模型——主要是结构刚度的大小。

对于某些结构，从概念的角度看，我们可以认为它是几何不变的稳定体系。但如果结构相近的几个主要构件刚度相差悬殊，或者悬索结构的索预应力过小（即它的刚度不够大），在数值计算中就可能导致数值计算的较大误差，严重的可能会导致结构的几何可变性——忽略小刚度构件的刚度贡献。如果还不能理解，我们可以进一步说：我们有一种通用的方法判断结构的几何可变性，即det(K)=0。在数值计算中，要得到det(K)恒等于零是不可能的，我们也就只能让它较小时即认为结构是几何可变的。对于上述的结构，他们的K值是很小的，故而也可判断为几何可变体系。事实上这类结构在实际工程中也的确是非常危险的。

为此，我们要看看模型有没有问题。如出现上述的结构，要分析它，就得降低刚度很大的构件单元的刚度，可以加细网格划分，或着改用高阶单元（BEAM->SHELL,SHELL->SOLID)。构件的连接形式（刚接或铰接）等也可能影响到结构的刚度。

2、线性算法（求解器）

ANSYS中的非线性算法主要有：稀疏矩阵法(SPARSE DIRECT SOLVER)、预共轭梯度法(PCG SOLVER)和波前法(FRONT DIRECT SLOVER)。

稀疏矩阵法是性能很强大的算法，一般默认即为稀疏矩阵法（除了子结构计算默认波前法外）。预共轭梯度法对于3-D实体结构而言是最优的算法，但当结构刚度呈现病态时，迭代不易收敛。为此推荐以下算法：

1）BEAM单元结构，SHELL单元结构，或以此为主的含3-D SOLID的结构，用稀疏矩阵法；

2）3-D SOLID的结构，用预共轭梯度法；

3）当你的结构可能出现病态时，用稀疏矩阵法；

4）当你不知道用什么时，可用稀疏矩阵法。

3）非线性逼近技术

在ANSYS里还是牛顿－拉普森法和弧长法。牛顿－拉普森法是我们常用的方法，收敛速度较快，但也和结构特点和步长有关。弧长法常被某些人推崇备至，它能算出力加载和位移加载下的响应峰值和下降响应曲线。但也发现：在峰值点，弧长法仍可能失效，甚至在非线性计算的线性阶段，它也可能会无法收敛。

为此，我们尽量不要从开始即激活弧长法，还是让程序自己激活为好（否则出现莫名其妙的问题）。子步（时间步）的步长还是应适当，自动时间步长也是很有必要的。

2.如何加快计算速度

在大规模结构计算中，计算速度是一个非常重要的问题。下面就如何提高计算速度作一些建议：