你知道Ansys時間步嗎？

2017-03-27 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

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做非線性分析的都知道時間步的問題,這里來談談一些注意和基本概念。簡單地說,在解非線性問題的時候,我們把整個求解過程分成小段。對于結構問題,這種分段等同于把加載過程分成多個步,每步結構加載變化一點,直到完成整個加載過程。如果是動力問題,那么這個加載步可以理解為真正的時間區(qū)間(但也不一定,因為可以有子步)。如果是靜力問題,這個加載步就是很多求解器所謂的偽時間步。

容易混淆的概念是,劃分時間步這個計算步驟在原則上是和牛頓迭代無關的。因為牛頓迭代是在每個時間步內(nèi)進行的子循環(huán)。直到迭代滿足收斂條件,計算才向下一步進行。這個過程圓環(huán)套圓環(huán)娛樂城的過程,導致了非線性求解的一系列特點和麻煩。

第一,收斂標準的問題。這個本質(zhì)上是牛頓法需要探討的,但是因為時間步必須解決這個難點,所以在這里需要說說。在固體力學里面,收斂標準一般是三種,簡稱為UPW,分別指位移(U),加載(P),和做功(W)。每個量的收斂條件,本質(zhì)都是衡量所在迭代步的相對誤差。理論上講,必須三個量都收斂才能保證計算結果穩(wěn)定和精確,但是如果根據(jù)問題可以放松,那么常用的量至少要保證U和P收斂。

第二,時間步的劃分問題。加載步多了求解時間長,少了不準確或者根本不收斂(因為牛頓法本質(zhì)上只能求局部不動點),所以時間步的劃分是個藝術。這個問題沒有標準答案,只能說視具體情況而定。如果你的問題不太難,求解器自帶的自適應算法應該能夠自動調(diào)整步長。靜力自適應算法的本質(zhì),是計算到目前為止的時間步的收斂模式。簡單地說,如果求解器發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在這步收斂得快,那么下一步步長就可以放寬點,如果收斂得慢或者搞不定,那么就得縮小步長。基本上是個猜猜猜的過程。

第三,動力問題時間步的問題。和靜力問題不同,動力問題有“真正”的時間,需要進行時間積分,所以時間步的劃分是根據(jù)積分算法來決定的。而積分算法應該根據(jù)具體問題來選擇。常用的算法,固體和結構分隱式和顯式:隱式基本上都在Newmark和HHT上玩系數(shù),目的是保證精確性但又濾掉高頻的信號,而顯式基本上就是保證時間步盡量大但又不大到影響穩(wěn)定。流體基本上都是在Runge-Kutta和各種向后積分法中求穩(wěn)定。所以當積分法定了,時間步的選擇的大方向也就定了。普通用戶在這個時候可以和精力情形一樣,寄希望于自適應算法。動力問題的時間步自適應基本上分兩類。一類是調(diào)整步長以適應特定的結構振動頻率,一類是調(diào)整步長以適應特定的積分誤差。

第四,多尺度的問題。下面這三類常見問題,對于時間步的決定都是讓人頭疼的,本質(zhì)上都是因為有空間/時間多尺度的特點: 接觸問題(固體),湍流問題(流體),激波問題(固體和流體)。工程上解決的方式,本質(zhì)上都是給模型添加穩(wěn)定性,即所謂的數(shù)值減振/衰減。

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