本文介紹了ANSYS中常見的一些非線性不收斂問題和相關(guān)分析。

　　影響非線性收斂穩(wěn)定性及其速度的因素很多：

　　1、模型——主要是結(jié)構(gòu)剛度的大小。對(duì)于某些結(jié)構(gòu)，從概念的角度看，可以認(rèn)為它是幾何不變的穩(wěn)定體系。但如果結(jié)構(gòu)相近的幾個(gè)主要構(gòu)件剛度相差懸殊，在數(shù)值計(jì)算中就可能導(dǎo)致數(shù)值計(jì)算的較大誤差，嚴(yán)重的可能會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的幾何可變性——忽略小剛度構(gòu)件的剛度貢獻(xiàn)。 如出現(xiàn)上述的結(jié)構(gòu)，要分析它，就得降低剛度很大的構(gòu)件單元的剛度，可以加細(xì)網(wǎng)格劃分，或著改用高階單元(BEAM->SHELL,SHELL->SOLID)。構(gòu)件的連接形式(剛接或鉸接)等也可能影響到結(jié)構(gòu)的剛度。

　　2、線性算法(求解器)。ANSYS中的非線性算法主要有：稀疏矩陣法(SPARSE DIRECT SOLVER)、預(yù)共軛梯度法(PCG SOLVER)和波前法(FRONT DIRECT SLOVER)。稀疏矩陣法是性能很強(qiáng)大的算法，一般默認(rèn)即為稀疏矩陣法(除了子結(jié)構(gòu)計(jì)算默認(rèn)波前法外)。預(yù)共軛梯度法對(duì)于3-D實(shí)體結(jié)構(gòu)而言是最優(yōu)的算法，但當(dāng)結(jié)構(gòu)剛度呈現(xiàn)病態(tài)時(shí)，迭代不易收斂。為此推薦以下算法：

　　1)、BEAM單元結(jié)構(gòu)，SHELL單元結(jié)構(gòu)，或以此為主的含3-D SOLID的結(jié)構(gòu)，用稀疏矩陣法;

　　2)、3-D SOLID的結(jié)構(gòu)，用預(yù)共軛梯度法;

　　3)、當(dāng)你的結(jié)構(gòu)可能出現(xiàn)病態(tài)時(shí)，用稀疏矩陣法;

　　4)、當(dāng)你不知道用什么時(shí)，可用稀疏矩陣法。

　　3、非線性逼近技術(shù)。在ANSYS里還是牛頓-拉普森法和弧長法。牛頓-拉普森法是常用的方法，收斂速度較快，但也和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和步長有關(guān)。弧長法常被某些人推崇備至，它能算出力加載和位移加載下的響應(yīng)峰值和下降響應(yīng)曲線。但也發(fā)現(xiàn)：在峰值點(diǎn)，弧長法仍可能失效，甚至在非線性計(jì)算的線性階段，它也可能會(huì)無法收斂。

　　為此，盡量不要從開始即激活弧長法，還是讓程序自己激活為好(否則出現(xiàn)莫名其妙的問題)。子步(時(shí)間步)的步長還是應(yīng)適當(dāng)，自動(dòng)時(shí)間步長也是很有必要的。

　　4、加快計(jì)算速度

　　在大規(guī)模結(jié)構(gòu)計(jì)算中，計(jì)算速度是一個(gè)非常重要的問題。下面就如何提高計(jì)算速度作一些建議：

　　充分利用ANSYS MAP分網(wǎng)和SWEEP分網(wǎng)技術(shù)，盡可能獲得六面體網(wǎng)格，這一方面減小解題規(guī)模，另一方面提高計(jì)算精度。

　　在生成四面體網(wǎng)格時(shí)，用四面體單元而不要用退化的四面體單元。比如95號(hào)單元有20節(jié)點(diǎn)，可以退化為10節(jié)點(diǎn)四面體單元，而92號(hào)單元為10節(jié)點(diǎn)單元，在此情況下用92號(hào)單元將優(yōu)于95號(hào)單元。

　　選擇正確的求解器。對(duì)大規(guī)模問題，建議采用PCG法。此法比波前法計(jì)算速度要快10倍以上(前提是您的計(jì)算機(jī)內(nèi)存較大)。對(duì)于工程問題，可將ANSYS缺省的求解精度從1E-8改為1E-4或1E-5即可。

　　5、荷載步的設(shè)置直接影響到收斂。應(yīng)該注意以下幾點(diǎn)：

　　1、設(shè)置足夠大的荷載步(將MAXMIUM SUBSTEP=1000000)，可以更容易收斂，避免發(fā)散的出現(xiàn)(nsub,nsbstp,nsbmx,nsbmn);

　　2、設(shè)置足夠大的平衡迭代步數(shù)，默認(rèn)為25，可以放大到很大(100)(eqit,eqit);

　　3、將收斂準(zhǔn)則調(diào)整，以位移控制時(shí)調(diào)整為0.05，以力控制為0.01(CNVTOL,lab,value,toler,norm,minref)。

　　4、對(duì)于線性單元和無中間節(jié)點(diǎn)的單元(SOLID65和SOLID45)，關(guān)閉EXTRA DISPLACEMENTS OPTIONS(在OPTIONS中)。

　　5、對(duì)于CONCRETE材料，可以關(guān)閉壓碎功能，將CONCRETE中的單軸抗壓強(qiáng)度設(shè)置為-1(tadata,mat,shrcf-op,shrcf-cl,UntensSt,UnCompSt(-1))。