abaqus分析收敛准则（外文书籍翻译）.pdf

原文书籍：Troubleshooting Finite-Element Modeling with Abaqus With Application in Structural Engineering Analysis by Raphael Jean Boulbes (z-lib.org)

第二章 abaqus分析收敛准则

2.1 收敛问题的症状

收敛问题是与工程设计相关的一个典型的分析问题，涉及挠度、位移、应力、固有频率、温度分布等的预测。这些参数用于迭代材质参数和/或几何体以优化其行为。传统的方法，如手工计算，涉及理想化的物理模型使用简单的方程来获得解决方案。然而，这些近似使问题过于简单化，而解析解只能提供保守估计。或者，有限元法和其他数值方法旨在提供一个考虑到更多细节的工程分析，这对于手工计算是不实际的。有限元法将物体分割成小块，使位移沿这些单元边界连续。对于那些使用有限元分析的人，通常使用收敛项。大多数线性问题不需要迭代求解过程。网格收敛是一个重要问题另外，还有在迭代过程中也需要考虑收敛性。在本节中，将调查收敛性问题并解决与此术语相关的问题。首先，要识别大多数收敛问题的症状，可以在消息文件（.msg）扩展名中找到。此外，.dat和（.sta）文件也可能包含问题的症状。有一些共同的信息可能表明收敛问题在求解有限元模型时造成数值困难。一些例子概述如下：

• W ARNING: THE SOLUTION APPEARS TO BE DIVERGING

• W ARNING: THE STRAIN INCREMENT HAS EXCEEDED FIFTY TIMES

THE STRAIN TO CAUSE FIRST YIELD A T 7 POINTS

• W ARNING: THE SYSTEM MA TRIX HAS 3 NEGA TIVE EIGENV ALUES

• W ARNING: ELEMENT 441 IS DISTORTING SO MUCH THA T IT TURNS

INSIDE OUT

• NOTE: SUBDIVISION AFTER 12 ITERA TIONS FOR SEVERE DISCONTI-

NUITIES

• W ARNING: OVERCLOSURE OF CONTACT SURFACES SLA VE_SURF AND

MASTER_SURF IS TOO SEVERE CUTBACK WILL RESULT

• W ARNING: SOL VER PROBLEM. ZERO PIVOT WHEN PROCESSING NODE

1 D.O.F. 1

2.2收敛问题的原因

有限元建模不足是非线性仿真中最常见的收敛问题。下面是一些例子：

•Defining conflicting constraints between boundary conditions, contact conditions,

and/or multiple point constraints.

– Not adequately constraining the model;

– Having incomplete/inadequate material data;

– Using an inappropriate element.

•定义边界条件、接触条件和/或多点约束之间的冲突约束。

–不充分约束模型；

–材料数据不完整/不充分；

–使用了不适当的元素。

• Another common cause is a highly unstable physical system. These cases demand

the correct element type and analysis techniques to be used.

•另一个常见原因是物理系统高度不稳定。这些情况要求使用正确的元素类型和分析技术。

2.3 帮助Abaqus找到一个收敛解

一个很好的方法来识别哪个症状是造成数值困难的原因，就是分离出最大的潜在原因，然后重新运行它，看看有什么变化，从而一次修复一个症状。以下是一些建议：

帮助Abaqus的最好方法是构建一个正确模型测试。

–不要把每个细节都放在第一个模型中。

–可能从接触开始，但没有塑性、摩擦或非线性几何体来了解模型的行为。–每次添加一个，以限制收敛问题的来源数量。

•给出初始增量、最小增量大小和最大增量大小的合理值。

•收敛问题的原因在.msg、.dat、.odb和.sta文件中报告。

–不要限制写入消息文件的数据。

–对于接触问题，请访问模型输入文件“-.inp”，并使用关键字命令*PRINT，contact=YES在消息文件中获取详细的联系人信息。2.3帮助Abaqus找到一个收敛解19–对于材料问题，使用*PRINT，plastity=YES获得塑性算法未能在材料程序中收敛的元素和积分点编号的输出。

–请求将其他附加信息写入这些文件，以帮助查找收敛问题的根源。

–对于材料问题，使用*PRINT，plastity=YES获得塑性算法未能在材料程序中收敛的元素和积分点编号的输出。

–请求将其他附加信息写入这些文件，以帮助查找收敛问题的根源。

2.4 通用工具

快速控制上述警告消息的全局概览，可以为分析人员提供有关错误的合理猜测，并大致了解要采取的纠正措施。下面列出了修复数值问题所需执行的一些第一个逻辑操作：

1 最好使用位移控制而不是负载控制。例如，如果模型在纯张力下加载，然后应用轴向位移值来模拟张力荷载，而不是使用集中力荷载，它将最小化因位移引起的收敛问题禁用对解的控制。迭代解将更稳定。在纯弯曲荷载情况下，使用旋转位移值而不是集中力矩荷载适用相同的建议。将所需的节点力和位移写入.dat文件，然后使用（-x y data）功能提取数据，从而生成荷载与位移的（x-y）数据文件，以在Abaqus视图中绘制。

2 控制增量大小，以防止Abaqus过于激进地接近突然的刚度变化。使用命令*STATIC设置初始增量大小、最小步长和最大步长。初始增量大小通常应在0.01–0.1范围内，以缓慢开始分析（默认值为1.0）。可以减小最小步长以允许解算器进一步缩减，而（默认值=0.00001）可以减小最大步长以防止Abaqus过冲突然的刚度变化，并可以导致更有效的运行（无默认值）。（例如，*静态0.01、1.0、1.0000E-08、0.1）

3 创建一个非常小的初始步骤来启动接触。

4 在特定节点上使用dashpot1或spring元素。

5 使用连接件元素或梁元素而不是多点约束。

6如果沙漏分类[1]3是一个问题（通常只有连续体元素而不是壳元素的问题），请使用完全集成的元素类型或沙漏控件。

7 为了帮助解决大旋转的问题，使用抛物线外推。（例如，* STEP, EXTRAPOLATION=parabolic）

8 关闭位移修正的外推，以便Abaqus不会过于激进地接近刚度突变。（例如，* STEP, EXTRAP-OLATION=NO)）

9 对于随动载荷或高弯曲变形表面间的有限滑动问题，应采用非对称矩阵存储和求解方案。（例如，* STEP, UNSYMM=YES）

10 对于全局不稳定问题，如全局屈曲、坍塌或突变，其中非线性不稳定区域是发生突变4的区域，平衡路径从一个稳定点A转到另一个新的稳定点B，可以使用Riks5。如果使用RIKS，在创建使用RIKS的附加步骤之前，在需要之前不要使用RIKS。必须注意，使用位移控制比RIK更有效。对于RIKS分析中的回溯，请在*STATIC，RIKS下指定最大弧长，如1.5。11 对于局部不稳定问题，使用自动稳定和监测阻尼能量。这不能与RIK一起使用，但可以与位移控制*STATIC, STABILIZE *ENERGY OUTPUT,*ENERGY PRINT或 *ENERGY FILE，以监视能量ELSD、6ESDDEN7和ALLSD。

12 在*PLASTIC材质定义的完全塑性区域中添加略微增大的坡度。

13 将混合单元用于高度不可压缩单元（泊松比接近0.5）或各向异性超弹性公式（单元中的大刚度差异，如弯曲与轴向刚度）。

14松散的收敛条件（如果可能，请避免）。在为后续步骤使用默认参数之前，可能需要在需要接触的初始小步骤中进行此操作。*controls, PARAMETERS=FIELD.。

2.5 接触稳定工具

这里，提供了一些适用于静态平衡的建议，这取决于接触相互作用的故障排除。

1 创建一个非常小的初始步骤来启动接触。

2 用位移控制代替负荷控制。将所需的节点力和位移写入.dat文件，然后利用x y data特性生成一个（x-y）荷载与位移数据文件，绘制在viewport中。

3 添加与总负载相比刚度较低的弹簧，以使接触对产生一些阻力，直到建立接触。如果弹簧力太大，则可以建立第二个步骤，以便在建立接触后拆下弹簧。四。为了在没有刚体运动的情况下获得初始阶段建立的接触，应使用逼近参数。在单独的步骤中施加结构荷载（或绝大多数荷载），然后监测接触压力CPRESS和能量ALLSD的能级。*CONTACT controls,

APPROACH MASTER=master-name, SLA VE=slave-name.。

2.6 接触相关收敛问题的工具

通常，处理接触交互定义时必须小心，特别是在使用附加参数帮助收敛（例如，调整、接近、收缩和自动公差）时。之后可以执行的控制检查，确保负载流或关键接触行为不受影响。

1使用*CONTACT PRINT将接触力将写入*.dat文件，该文件将有助于确定哪些联系人pair在建立联系时遇到困难。

2。选择主/从曲面并相应地定义网格以捕获所需的接触行为，主曲面ldhavethecoarsermesh.More，分析员可以定义主曲面，使其超出从曲面，但绝不相反。

3双校验模也包括接触面。基于接触法线方向的在主表面上；因此，如果法向至关重要，则主表面应因此，如果观测到较大的过损耗，表示接触法向错误。

4仔细检查接触面上的边缘，并消除主表面上的裂纹。

5 不要将一个节点定义为两个或多个接触对或间隙元素的从属节点。

6 应尽可能使用间隙条消除接触。如果接触定义为初始零间隙是颤振，试着改为非常小的非零间隙。

7 添加与总负载相比刚度较低的弹簧，以向接触副提供一些电阻，直到建立接触。如果弹簧力太大，则可以创建第二个步骤，以便在建立接触后移除弹簧（使用S11选项监视反作用力）。

8 添加破折号。

9 如果触点在初始阶段有轻微的过度穿透，则使用adjust=0，但如果初始接触力非常重要，则应小心使用

10 使用软化接触施加与穿透量相关的力（如果振动）。*SURFACE BEHA VIOR, PRESSURE-OVERCLOSE= EXPO-

NENTIAL 0.1, 200.

11 如果严重不连续减少，则增加允许的最大严重不连续迭代次数（默认值为12）。

*conctrols ,PARAMETERS=TIME INCREMENTATION, , , , , ,24

12 打开“自动公差”，以便Abaqus计算过闭合公差和分离压力公差。*CONTACT controls, AUTO-MATIC TOLERANCES.。

13 消除接触中的摩擦，除非绝对必要（如在机构/内部）。相反，在极少数情况下，模型会随着摩擦值的增加而更好地收敛。当摩擦系数大于0.2时，Abaqus/Standard将自动采用非对称矩阵存储和求解方案。

14 打开小滑移请小心使用主表面。**CONTACT PAIR, SMALL SLIDING.。15  使用* *CONTACT DAMPING来阻尼接近或分离过程中接触面的相对运动。

16 增加触点对中称为HCRIT的绝对穿透公差。尽管这在某些情况下很少有帮助，但总比什么都没有好。

17  对于高曲面之间的有限滑动，使用对称矩阵存储和求解方案。*STEP, UNSYMM=YES.

18 对于摩擦滑动等严重的不连续行为，采用不连续控制。这可能会增加运行时间，特别是对于非严重间断的问题。*控件，分析=不连续。

19 在求解过程中使用静态显式解算器更改数值格式。

10 显式解算器是模拟高能量、短持续时间动态事件（如碰撞、跌落试验和爆炸分析）的最佳选择。但是，在某些情况下，它们也可以用于静态分析。显式解算器依赖于一个假设，即模型属性在每个时间步内都是线性的，矩阵在每个步骤结束时都会更新。这种假设被认为是准确的，因为只使用非常小的、条件稳定的时间步。该假设是重要的，因为它消除了收敛迭代的需要，这往往可以防止高度非线性隐式分析求解。这意味着显式解算器可以用来处理高度非线性的静力学问题，这些问题要么由于收敛问题而无法用隐式解算器求解，要么由于需要多次迭代而求解得非常慢。

有限元模型中接触交互设置的一个良好实践是遵循以下基本规则：

• As a rule, use *PRINT, CONTACT=YESto request detailed output of points that

•通常，使用*PRINT，CONTACT=yes请求在接口和间隙问题中接触或分离的点的详细输出。

are contacting or separating in interface and gap problems.

• As a rule, do not use the ADJUST parameter in a *CONTACT PAIR that will be

removed. The adjustment takes place prior to the removal and can distort elements

一般情况下，不要在将被移除的*触点对中使用调整参数。调整在拆卸之前进行，如果表面在接触开始之前未处于最终位置，则可能会使元件变形。

if the surfaces are not in their final positions before contact is initiated.

• As a rule, if you are adding damping, use *ENERGY PRINT or *ENERGY

OUTPUT or *ENERGY FILE to monitor ALLAE11and ALLSE

• •通常，如果要添加阻尼，请使用*能量打印或*能量输出或*能量文件来监视alle11和ALLSE。

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