09ANSYS130Workbench结构非线性培训错误诊断

... 求解信息
3) 向下翻页直到一系列星号出现，这时就会 看到求解器读取有限单元数据的信息。
这个列表非常有用，它不仅提供了模型 中零件数量的信息，同样也列出了接触 区域的ID号。
需要指出的是虽然在Simulation中接触 区域可以使用任何名字，ANSYS 求解器只根 据接触区域的唯一编号来进行处理(ID编号). 找到接触区域的ID编号对于程序调试非常有用。
... 求解信息
警告和错误信息同样会显示在输出窗口中 • 当接触状态突变时，就会出现一个警告信息指出接触单元剧烈地进出‘pinball区域’. 这 可能是由於载荷太大造成零件间剧烈地相互滑动或分离。如果需要Simulation会自动二分 求解。 • 单元畸变通常是由于载荷过大或过度约束所造成的严重问题。对分载荷会自动进行，但有 时会需要一些修正措施来解决这个问题。
... 求解信息
7) 最后, 当求解完成以后，在求解输出窗 口的最后会提供一些本次分析的统计数 据。
求解时间与计算其它单元的时间的百分 比以及整个方程的求解时间.
在最后会显示整个Elapsed time. • 对于单个处理器，如果 wall time 远远
大于 CPU 时间 (例如 2x), 那就表示慢 的磁盘I/O大大影响了整个计算时间. • 对于双处理器， CPU 时间将不会精确，因为它是两个处理器所用时间之和.
… 刚体运动
– 为了检测哪个零件发生了刚体位移，用户可以进行一次模态分析来找到接近于零频率的模态。这 有可能会十分耗时。
– 另一种方法就是查看哪个接触对是初始打开的。回顾在求解器输出的第一部分可以找到和接触ID 对应的接触区域名。
本例中, “contact offset block-2 To contact offset bolt-1” 接触区域 (set #10 和11)有一个初始间隙。 可以检查模型看间隙是否存在，以及因为由于缺乏 初始接触的建立是否正在引起刚体位移。
... 求解信息
• 熟悉求解器输出的内容及结构对理解有限元求解十分有用 – 用户可以通过在求解过程中观察求解器输出来了解当前平衡迭代的详细信息。 – 在求解后观察求解器输出可以确定不收敛的原因 (如果求解失败), 获得求解器性能信息, 和找到接 触单元的设置信息 – 详细的警告或错误信息(由***标识) 也将会显示在求解器输出中。同样在求解过程中观察子步状态 (由>>>标识) 可以找到对分的原因.
例如，在上面的片段中，接触区域 “Teeth 3” 的 接触编号为9 和 10.
... 求解信息
4) 当方程求解开始以后，输出窗口如右图所示 这里有用的信息包括求解器的选用
(是“Program Chosen” 或手动设定)、 大变形效应是否打开、是否考虑材料非 线性(如果出现塑性)和所使用的子步数.
… 力收敛 • 评估求解收敛行为的最好方法是观察力收敛曲线: – 在前一节中我们提到，Force Convergence 曲线可以在Solution Information 分支中得到
回顾在 Newton-Raphson 方法里， 就是找寻力平衡。如果不平衡力 (残 差) 力收敛准则，那么这个子步就认 为是收敛的。求解过程中，可以观 察力收敛曲线跟踪过程。上面的力 收敛曲线说明二分出现了。这意味 着施加了更小的载荷步长。 底部的 “TIME”曲线代表了总载荷 的分数。虽然在静态分析中时间并 无明确意义，它用于作为TIME=1.0 最终求解的计数器。如果时间目前 是0.2，那意味着20%的载荷正在施 加。
… 接触刚度
• 有时，接触Normal Stiffness 会太高而造成求解不收敛。 – 对于这个螺纹扣件，在第一子步中只求解了20% 的载荷，求解就发散了
… 接触刚度
– 通过观察Newton-Raphson 残差, 可以发现在接触区域内可能不会达到力平衡. 网格看起来很粗 糙
– 通过降低接触法向刚度和细化接触区域网格，就可以解决这个问题
… 结果追踪器 • 在求解过程中可以同时选择和观察多个结果(同一类的)
本例中,显示了8个接触区的穿透量。可 以观察最大穿透量是否太大，如果是这样 ，求解会过早停止；既然用户知道了哪个 接触区域有太多的穿透，那么可以增加该 区域的法向刚度。
从这出发，如果用户期望接触区分开到 接触，在这点检测过程没得到反映，用户 也想知道求解完成后什么结果能观测。
... 求解信息
• Solver Output 可提供关于求解的详细的文字输出. 熟悉怎样阅读这个文件将会非常有用. 1) Solver Output开始简单显示使用的ANSYS license (这里是 ANSYS Multiphysics) 和版本号.
... 求解信息
2) Solver Output 记录了根据指定的单元(中节点)选择激活的单元技术和相关的材料，参照附录B中更 多关于单元技术的细节.
D. 例子
• 在本节中，针对不同的情况将会作简要的介绍。观察求解器输出，监视求解，及进行非线性诊断都会 根据不同的例子进行讨论 – 包含所有的不收敛的原因是不现实的，因此，在此只对用户会遇到的一些常见的问题进行讨论.
… 刚体运动
• 常见的错误信息“internal solution magnitude limit was exceeded.” 本质上说, 这意味着出现了刚 体运动. – 不足的约束，即使是有支撑或接触也有可能会使零件‘飞向’ 空间 – Solver Output 也会提供刚体运动方向
从Solver Section 2 回顾列出的 接触区域名称和ID号. 从那个例 子可知，以上的接触实常数号9 是 “Teeth 3” 区域部分.
... 求解信息
6) 随着非线性求解的进行，平衡迭代的信息将会显示在窗口的底部(下图) • 注意，在每一次平衡迭代中，残余力(FORCE CONVERGENCE VALUE) 必须小于准则 • 一个理想的平衡系统，残差或不平衡力应该为零。但由于机器的精度和实际的考虑， Simulation将确定一个小到几乎可以忽略所造成的误差的残差值。这个值就是准则, 而力收 敛准则值必须小于准则 以使这个子步收敛。 • 在下面分析中，经过3次平衡迭代，残余力小于准则, 因此，求解收敛. • 通知信息 (例如收敛或对分) 子输出窗口中将以“>>>” 和 “<<<“标识.
– 如果求解不收敛是由于力平衡原因，这将会反映在求解器输出和力收敛曲线上. 力收敛(残差) 将 会大于力判据.
– 在不收敛情况下，Newton-Raphson残差(如需要) 将会指出力残差高的区域。这通常有利于帮 助确定阻止力平衡的部位, 通常是由于这些部位的力和支撑或接触区域的设置.
… Newton-Raphson 残差
高阶单元的弹性材料或金 属塑性
低阶单元的2D平面应力弹 性材料或金属塑性
低阶单元的2D 平面应变 弹性应变或金属塑性
高阶/低阶单元的完全不 可压缩超弹性
Default URI Enhanced Strain Simplified Enhanced Strain B-Bar with Mixed u-P
… 力收敛
• 通常需要注意的是求解过程中什么时候力收敛曲线开始“平稳” – 这通常意味着 (a) 需要减小载荷增量或 (b) 接触法向刚度太高. – 对于情况(a) Simulation 将自动对分求解 – 对于情况(b), 二分或手动降低接触 法向刚度
… 结果追踪器
• 除了监视不平衡力，在 “Solution Information” 分支中还可以添加结果追 踪器(Result Tracker) – Results Tracker 使用户能够在求解过程中监视某点点变形或接触区域 信息. – 对 “Results Tracker > Deformation,” 选择感兴趣的一点，指定需要 监视的 x, y, 或 z 方向的变形. – 对 “Results Tracker > Contact,” 在下拉菜单中选择接触区域就可以 观察跟踪的数量(例如，接触单元的数量）
A. 求解信息
• 在第二章中，已经介绍过求解信息分支 – 回顾通过 Solution Information 分支可以观察到详细 ANSYS 求解器输出和收敛曲线, 例如，绘 制力敛曲线.
Text Output
Graphica窗口 “Messages” 位于Solution Information Worksheet正下方，提供了一些警告错误的列表. – 右键任何信息: • Go to Object (高亮和这些信息相关的项目树对象） • Show Full Message从分离的弹出窗口显示了所有的信息 • Copy 拷贝信息 (到分开的文档文件) • Delete 从列表中删除信息
– 在“Solution Information” 详细窗口中，输入平衡迭代的数目来获取Newton-Raphson 残差. 例如，输入 “4” , 当求解中断或不收敛时，最后四次迭代的残余力将会给出.
… Newton-Raphson 残差 – 当求解停止或不能收敛，就可以从“Solution Information” 分支中获得残差，如下图所示.
本例中，接触区“Teeth 1-4”在第二个 载荷步进入接触， “Teeth 7”似乎一直到第 4个接触步才接触 上，这些都给用户展示了 哪些接触区正在接触，什么时候接触。
C. Newton-Raphson 残差
• 到目前为止，已经讨论过了获得详细的求解器信息(节 A) 和监视求解 (节 B).. • 当出现不收敛问题时，Newton-Raphson 残差对找到可能有问题的区域非常有用
B. 监视求解
• 当求解非线性模型时，因为有可能需要多次迭代，观察非线性求解趋势将会非常有用 – 如果求解看来会发生意外情况，用户可以终止分析来研究问题而不是等到求解结束，这就大大地 节约了时间. – 监视求解同样可以使用户更深入地了解系统的响应