提高ANSYS非线性求解收敛性能的一般方法总结

提高ANSYS非线性求解收敛性能的一般方法总结

在采用ANSYS进行几何非线性的求解过程中，如果采用系统的默认设置，有可能会因为参数的不合适而导致收敛困难。针对比较常见的非线性求解收敛困难，本文总结几种比较常见的调整方法，仅做参考。

一、打开自动时间步(autots，on)

       ANSYS在所有静态和瞬态分析中，使用时间作为跟踪参数，而不论分析是否依赖于时间。当我们收敛困难时，一个非常重要的方法是打开自动时间步。打开自动时间步长往往需要一个比较小的最小时间步长(或者最大的步数，采用DELTIM或者NSUBST定义)。在进行非线性求解过程中，初始时间步长如果太小，自动时间分步算法可能使你的运行时间太长；相反地，使你的最小时间步长太大，可能导致不收敛。因此合理设置初始时间步长是非常重要的，一般可以根据试算确定。

       值得说明的是，当采用自动时间步长后，二分法会被自动激活。如果在一个太大时间步内收敛失败，该特性能减半时间步，使得计算继续。

二、Newton-Raphson 选项调整与自适应下降

       在非线性计算收敛困难时，可以调整程序默认的牛顿—拉普森选项。虽然一般情况下采用采用自动默认的选项会获得最佳的收敛特性，但也不排除会遇到其他选择会更有效的情况。合理使用自适应下降因子也能增加某些非线性单元的收敛情况。 

三、线性搜索

       线性搜索可以看为是对自适应下降的一个替代，两者不应同时使用。线性搜索一般情况下能使得分析得到收敛，但随之带来的是求解速度的大幅度降低，特别是针对有材料非线性的情况，一般而言，当结构采用力加载或者刚度增长的薄膜等类似分析时，可以打开线性搜索，线性搜索打开命令为LNSRCH。

四、调整收敛准则

       ANSYS非线性收敛准则主要有四种，分别为力、位移、弯矩和转角。在常用的分析中，以力作为控制加载时，可以使用残余力的范数控制收敛；而在位移控制加载时，一般采用位移的范数控制收敛。比较常见的ANSYS非线性计算画面如下：

FCRIT 代表的是力收敛准则；F L2是当前迭代力的收敛情况；U是位移，CRIT是收敛准则，L2是当前迭代位移收敛情况。可以通过CNVTOL命令来放宽收敛准则，程序默认收敛值为0.1%,一般情况下可根据实际工程修改，例如在对钢筋混凝土的非线性分析中，一般可放宽至5%.

五、增加迭代次数、加大荷载子步

       ANSYS默认在每一荷载步计算中，最大的平衡迭代次数为25，如果在这平衡迭代次数之内不满足收敛准则，而且自动步长是打开的，程序将使用二分法继续计算，如果不是，将会终止分析过程，因此在实际计算中，如果发现收敛较为困难，可以适当增加平衡迭代次数的限值，以及加大荷载子步的数目。

六、采用弧长法

       针对实际情况，如果预料到结构在其加载的过程中，在某个地方会出现物理意义上的不稳定(也即是结构的荷载-位移曲线的斜率为0或者负值)，这时可以激活弧长法得到稳定的数值求解。在考虑大变形的几何非线性求解中，该方法使用率较高。

七、修改单元划分、减小单元尺寸

       结构单元的大小以及划分方式直接影响到了结构非线性求解的收敛性性能，如果按照前述所有方法进行调整后，收敛性依然得不到较大改善，这时可考虑调整结构的单元大小重新划分。减少不规则单元数目，针对于实体单元类型，尽量采用六面体单元。

       以上是ANSYS非线性求解过程中比较常用的调整收敛性的方法，有时候只需调整其中的一项就能得到结构的收敛解答，但更多情况下是要联合各种方法进行调整。如何调整各个参数，上述内容只是根据本人的求解经验简单的提及，具体针对每个人而言，其调整思路以及方向皆不一样。

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