1、非线性分析考虑因素非线性分析考虑因素1第 4 章非线性分析考虑因素1热非线性模型与线性模型有一些共同点，但也有许多要特殊考虑的问题。热非线性模型与线性模型有一些共同点，但也有许多要特殊考虑的问题。辐射辐射:在模型中这是非常大的非线性特征，因为辐射对传导矩阵在模型中这是非常大的非线性特征，因为辐射对传导矩阵(K)的贡献是的贡献是温度的三次方。辐射使用一种特殊单元建模的，在第温度的三次方。辐射使用一种特殊单元建模的，在第8章中讨论。章中讨论。控制单元控制单元:可以改变状态的单元类型如可以改变状态的单元类型如COMBIN37和和COMBIN 40 经常用来模拟经常用来模拟温度控制温度控制(如如,th
2、ermostats)。这些单元的这些单元的实常数相对复杂，要仔细选择。实常数相对复杂，要仔细选择。2非线性分析前处理考虑因素热非线性模型与线性模型有一些共同点，645321)(AATATATAATq MASS71单元比较特殊，因为它有随温度变化的热生成率。单元比较特殊，因为它有随温度变化的热生成率。这可以表现为随这可以表现为随温度变化的材料特性或与温度的多项式关系。多项式可以定义多达温度变化的材料特性或与温度的多项式关系。多项式可以定义多达6个实常数个实常数，如下，如下:400600800100040506070Temperature(C)Thermal Conductivity(W/m/C)
3、与温度有关的输入与温度有关的输入:在热模型中其它比较常见的引起非线性的原在热模型中其它比较常见的引起非线性的原因包括随温度变化的边界条件因包括随温度变化的边界条件(如对流换热系如对流换热系数数)和材料特性和材料特性(如热传导系数，热焓如热传导系数，热焓)。如果。如果出现这些情况，用户需要使用随温度变化的出现这些情况，用户需要使用随温度变化的输入技术来处理输入技术来处理(第三章中讨论第三章中讨论)。3非线性分析前处理考虑因素(续)MA S S 7 1 单元比较特殊，因为多场单元多场单元:不只包含温度不只包含温度 DOF的单元称为多场单元或耦合场单元。单元的单元称为多场单元或耦合场单元。单元 SO
4、LID5,PLANE13,PLANE67,LINK68,SOLID69,SOLID98,SHELL157 是非线性的，因为它们必须同时满是非线性的，因为它们必须同时满足两个以上场的平衡方程。这些单元在第足两个以上场的平衡方程。这些单元在第10章中讨论。章中讨论。在本章剩余部分，我们主要关心非线性分析中的加载和求解过程。在本章剩余部分，我们主要关心非线性分析中的加载和求解过程。热热-流体耦合单元流体耦合单元FLUID66和和FLUID116用于轴向用于轴向传导和流体中热质量交换的建模。它们通常与外传导和流体中热质量交换的建模。它们通常与外界以对流单元联系。如果流动速率未知，这些单界以对流单元联系
5、。如果流动速率未知，这些单元就是非线性的，因为流速和压力降的关系不是元就是非线性的，因为流速和压力降的关系不是线性的。这些单元在第线性的。这些单元在第7章中讨论。章中讨论。4非线性分析前处理考虑因素(续)多场单元:热-流体耦合单元F L线性系统热分析的控制方程矩阵形式为线性系统热分析的控制方程矩阵形式为:如果这些数值随温度变化，系统为非线性，必须用迭代法求解：如果这些数值随温度变化，系统为非线性，必须用迭代法求解：QTKTC TQTTKTTC在瞬态分析中，载荷同样可以随温度变化在瞬态分析中，载荷同样可以随温度变化(在第在第5章中讨论章中讨论)tTQ,5控制方程线性系统热分析的控制方程矩阵形式为
6、:在瞬态分析中，载考虑稳态非线性的分析情况考虑稳态非线性的分析情况:方程可以等效化为方程可以等效化为:初始情况下，内部节点热流不等于施加的节点载荷。不平衡热流向量或初始情况下，内部节点热流不等于施加的节点载荷。不平衡热流向量或“残留残留”是两个向量是两个向量的差值的差值:目标是将不平衡数值，由目标是将不平衡数值，由|F|表示，表示，降为降为0。这可以通过多种途径计算，过程称为收敛。这可以通过多种途径计算，过程称为收敛。收敛准则是迭代的评价准则。通常是将施加的载荷收敛准则是迭代的评价准则。通常是将施加的载荷|Qa|乘以一个小的系数乘以一个小的系数 e e 。TQTTK anrQQ内部节点热流向量
7、由计算单元热内部节点热流向量由计算单元热流得出流得出载荷引起的节点热流向量载荷引起的节点热流向量 nraQQF6稳态非线性求解过程考虑稳态非线性的分析情况:内部节点热流向量在这个过程中使用牛顿在这个过程中使用牛顿-拉夫森迭代方法拉夫森迭代方法.1.求解系统方程的增量形式求解系统方程的增量形式注注:e e 的缺省数值为的缺省数值为0.001.).3,2,1(iQQTKnriaiTi2.更新节点温度更新节点温度 iiiTTT13.由单元热流计算内部节点热流速率。由单元热流计算内部节点热流速率。4.计算收敛结果并与收敛准则比较计算收敛结果并与收敛准则比较:单单DOF 系统系统QTTTQQTT如果结果
8、较小如果结果较小.不再进行迭代。不再进行迭代。aQeF如果结果较大或相等如果结果较大或相等.KT 被更新再进行一次迭代。被更新再进行一次迭代。aQeF7在这个过程中使用牛顿-拉夫森迭代方法.牛顿-拉夫森方并不保证非线性求解一定收敛。向其它数值方法一样，并不保证非线性求解一定收敛。向其它数值方法一样，N-R 技术要求初始技术要求初始估计数值与最终结果不应有极大的差别。估计数值与最终结果不应有极大的差别。在实践中，非线性求解往往要求载荷的施加是逐步的以利于收敛。除了用在实践中，非线性求解往往要求载荷的施加是逐步的以利于收敛。除了用户可以指定载荷施加比例之外，户可以指定载荷施加比例之外，ANSYS自
9、动时间步功能可以满足这个需要自动时间步功能可以满足这个需要。而且。而且 ANSYS 有特殊的收敛提高工具，使得收敛过程加快并提高收敛性有特殊的收敛提高工具，使得收敛过程加快并提高收敛性。热模型中常见的非线性特性是随温度变化的边界条件和材料特性。这要求热模型中常见的非线性特性是随温度变化的边界条件和材料特性。这要求定义温度表格和特性表格，在第定义温度表格和特性表格，在第3章中有说明。章中有说明。8收敛并不保证非线性求解一定收敛。向其它数值方法一样，N-R 由上面提到的关于非线性分析的内容，不难理解在非线性求解中需要由上面提到的关于非线性分析的内容，不难理解在非线性求解中需要ANSYS提供的许多工
10、具。特别的，可能需要提供的许多工具。特别的，可能需要.将载荷分为小步长施加以保证收敛将载荷分为小步长施加以保证收敛 对收敛准则和迭代次数进行控制对收敛准则和迭代次数进行控制 需要收敛提高工具需要收敛提高工具 在不收敛情况下有控制程序在不收敛情况下有控制程序 管理在非线性分析中生成的大量数据管理在非线性分析中生成的大量数据我们将这些概念在后面进行简单介绍。详细说明可以参考热分析指南我们将这些概念在后面进行简单介绍。详细说明可以参考热分析指南非非线性热分析部分。线性热分析部分。9非线性分析加载求解中考虑因素由上面提到的关于非线性分析的内容1345627下面的加载和求解菜单选项可以帮助你掌握本章内容
11、下面的加载和求解菜单选项可以帮助你掌握本章内容:分析设置分析设置-稳态或瞬态，方程求解器，温度偏移，稳态或瞬态，方程求解器，温度偏移，牛顿牛顿-拉夫森设置。拉夫森设置。载荷载荷-载荷插值设置，均匀初始温度，施加载荷，载荷插值设置，均匀初始温度，施加载荷，删除载荷，按比例施加载荷，将载荷由几何模型传递到删除载荷，按比例施加载荷，将载荷由几何模型传递到有限元模型。有限元模型。输出控制输出控制-类型，频率荷输出数据的范围，图形求类型，频率荷输出数据的范围，图形求解跟踪开解跟踪开/关。关。时间时间/频率频率-时间时间/载荷步设置，自动时间步，载荷载荷步设置，自动时间步，载荷渐进渐进/阶跃，时间步清除，
12、时间积分设置阶跃，时间步清除，时间积分设置求解控制求解控制-自动求解控制开自动求解控制开/关。关。1234510非线性分析步骤1 3 4 5 6 2 7 下面的加载和求解菜单选项可以帮助非线性控制非线性控制-收敛准则，平衡迭代，结束条件，收敛提收敛准则，平衡迭代，结束条件，收敛提高工具，打开控制，求解控制器。高工具，打开控制，求解控制器。求解求解-求解当前载荷步。求解当前载荷步。134562767注注:第1部分的菜单项载分析的开始使用一次。第2-7部分的菜单项适用于每个载荷步。第6部分菜单只在非线性热分析中使用。11非线性分析步骤(续)非线性控制-收敛准则，平衡迭代，结由于在非线性分析中需要大
13、量的控制和设置选项，由于在非线性分析中需要大量的控制和设置选项，ANSYS提供了一种提供了一种 求解求解控制控制的工具。求解控制对于绝大多数非线性和瞬态问题都提供量高效的设置的工具。求解控制对于绝大多数非线性和瞬态问题都提供量高效的设置。在缺省情况下在缺省情况下,求解控制载所有非线性和瞬态热分析中是打开的，大量的分求解控制载所有非线性和瞬态热分析中是打开的，大量的分析控制由析控制由ANSYS设置而且内部求解算法也同时被优化。设置而且内部求解算法也同时被优化。求解控制的缺省设置可以在求解前通过手工设置来替换。求解控制的缺省设置可以在求解前通过手工设置来替换。这是求解控制中用于优化求解的这是求解控
14、制中用于优化求解的命令列表。不是所有命令都能用命令列表。不是所有命令都能用于热分析。于热分析。12自动求解控制由于在非线性分析中需要大量的控制和设置选项，A N要手工关闭所有求解控制特性，使用下列菜单要手工关闭所有求解控制特性，使用下列菜单:12不推荐在载荷步之间打开或关闭求解控制。不推荐在载荷步之间打开或关闭求解控制。313自动求解控制(续)要手工关闭所有求解控制特性，使用下列菜单:不推荐载载荷步之间打开不推荐载载荷步之间打开/关闭求解控制。缺省情况下，状态预测是关闭的。关闭求解控制。缺省情况下，状态预测是关闭的。12345如果包含改变状态单元如如果包含改变状态单元如 CONTROL37,C
15、OMBIN39 和和COMBIN40时，推荐打开时，推荐打开“Status Prediction”选项，但要求求解控制也在打开状态。这在自动时间步和预测下一个时间步的选项，但要求求解控制也在打开状态。这在自动时间步和预测下一个时间步的情况下使用。通过下列菜单激活情况下使用。通过下列菜单激活:14不推荐载载荷步之间打开/关闭求解控制。缺省情况下，状态预测是由于对分析工程师来讲，理解内部求解机制是很重要的，载本章后面对非由于对分析工程师来讲，理解内部求解机制是很重要的，载本章后面对非线性控制做了讨论。讨论中假设求解控制是打开的。线性控制做了讨论。讨论中假设求解控制是打开的。专门使用于瞬态热分析的求
16、解控制在第五章中讨论。专门使用于瞬态热分析的求解控制在第五章中讨论。首先，让我们看一下非线性的先决条件首先，让我们看一下非线性的先决条件.15自动求解控制(续)由于对分析工程师来讲，理解内部求解机制是很载荷步载荷步 用于将载荷过程细化。每个载荷步需要单独的用于将载荷过程细化。每个载荷步需要单独的“求解求解”操作。载操作。载荷步不仅仅用于非线性分析。荷步不仅仅用于非线性分析。因为非线性分析通常需要将载荷细分以有利收敛，因为非线性分析通常需要将载荷细分以有利收敛，子步子步 用于将载荷步细用于将载荷步细化。化。16非线性求解组成载荷步 用于将载荷过程细化。每个载荷步需要单独载荷并不总是容易划分为载载
17、荷并不总是容易划分为载荷步的。荷步的。在显示的例题中，温度，热在显示的例题中，温度，热流和热生成在不同时间以不流和热生成在不同时间以不同速度施加。同速度施加。在第在第6章中，我们将讨论把这章中，我们将讨论把这种情况简化的方法。种情况简化的方法。Heat Gen.TemperatureHeat FluxTEMPHFLUXHGEN17非线性求解组成(续)载荷并不总是容易划分为载荷步的。H e a当进行非线性分析时，当进行非线性分析时，平衡迭代平衡迭代 必须在每个子步中进行而且得到必须在每个子步中进行而且得到收敛解。收敛解。ANSYS 使用牛顿使用牛顿-拉夫拉夫森迭代求解过程得到非线性收敛森迭代求解
18、过程得到非线性收敛。一次平衡迭代需要的时间与进行一次平衡迭代需要的时间与进行一次线性计算的时间相当。一次一次线性计算的时间相当。一次分析中可能需要成百上千次这样分析中可能需要成百上千次这样的迭代过程。的迭代过程。子步1 的载荷子步 2的载荷3 equilibrium iterations required for Substep 12 equilibrium iterations required for Substep 2QTSingle DOF System18平衡迭代当进行非线性分析时，平衡迭代 必须在每个子步中进行而在在ANSYS中有许多牛顿中有许多牛顿-拉夫森选项，每种都有优缺点。绝
19、大多数问题中拉夫森选项，每种都有优缺点。绝大多数问题中，完全的，完全的N-R 选项是最好的。缺省情况下，选项是最好的。缺省情况下，ANSYS自动选择牛顿自动选择牛顿-拉夫森拉夫森选项，也可以由用户自己选择选项，也可以由用户自己选择:牛顿牛顿-拉夫森选项在拉夫森选项在Analysis Options 菜菜单中得到。对于稳态单中得到。对于稳态分析和瞬态分析，选分析和瞬态分析，选项是一样的。项是一样的。N-R 选选项不能在载荷步之间项不能在载荷步之间改变。改变。12ModifiedFullInitialConductivityQTQTQT319使用牛顿-拉夫森方法在A N S Y S 中有许多牛顿-
20、拉夫森选项，每收敛准则可以手工指定，也可以由收敛准则可以手工指定，也可以由ANSYS自动自动选择。在缺省情况下，选择。在缺省情况下，ANSYS选择基于节点热选择基于节点热流不平衡的收敛准则。基于温度变化的收敛准则流不平衡的收敛准则。基于温度变化的收敛准则要手工指定。基于温度的收敛检查一般比基于热要手工指定。基于温度的收敛检查一般比基于热流的收敛检查保守。流的收敛检查保守。如果多于一个准则被激活，求解必须满足所有准如果多于一个准则被激活，求解必须满足所有准则要求才能算收敛。则要求才能算收敛。收敛准则收敛准则 是是ANSYS用来判断迭代是否收敛，是否需要更多迭代的依据。用来判断迭代是否收敛，是否需
21、要更多迭代的依据。单自由度系单自由度系统统QTTTQQTTnr1iQ怎样才算足够接近?收敛准则帮助我们确定。20收敛准则可以手工指定，也可以由A N S Y S 自动选择。在缺省情况收敛准则可以由用户在载荷步之间调整。要手工改变缺省的收敛准则，使用下面收敛准则可以由用户在载荷步之间调整。要手工改变缺省的收敛准则，使用下面的菜单的菜单:123注注:即便用户指定了一个收敛准即便用户指定了一个收敛准则，其它准则也会被则，其它准则也会被NSYS取消取消。21收敛准则(续)收敛准则可以由用户在载荷步之间调整。要手工改变4.确认整体准则属于热部分。确认整体准则属于热部分。5.选择特定的准则类型。选择特定的
22、准则类型。5422收敛准则(续)4.确认整体准则属于热部分。5 4 2 26106.参考数值在此输入。如果空白，参考值由节点热流向量计算出来。参考数值在此输入。如果空白，参考值由节点热流向量计算出来。7.参考数值乘以公差得到收敛准则。参考数值乘以公差得到收敛准则。8.缺省情况下，收敛数值由平方和求根求得。其它选项可以在这里输入。缺省情况下，收敛数值由平方和求根求得。其它选项可以在这里输入。9.如果计算的参考数值小于最小参考数值如果计算的参考数值小于最小参考数值，则使用最小参考数值。则使用最小参考数值。在缺省情况下在缺省情况下，最小参考数值为，最小参考数值为1E-6，用于热流准则。用于热流准则。
23、789 FaQe23收敛准则(续)6 1 0 6.参考数值在此输入。如果空白，参考值图形求解跟踪图形求解跟踪(GST)在交互运行非线性分析在交互运行非线性分析中自动打开，在批处理方式中关闭。中自动打开，在批处理方式中关闭。GST 图图形化跟踪收敛参数并在每次迭代完成后更新形化跟踪收敛参数并在每次迭代完成后更新。GST 可以用这些可以用这些菜单开菜单开/关：关：123424图形求解跟踪图形求解跟踪(G S T)在交互运行非线性分析中自13缺省情况下，求解控制根据题目的特性将最大牛顿缺省情况下，求解控制根据题目的特性将最大牛顿-拉夫森迭代次数设置为拉夫森迭代次数设置为15-26。可以用以下菜单改变
24、可以用以下菜单改变:42251 多少次平衡迭代?3 缺省情况下，求解控制根据题目的特性将最大1如果没有得到收敛解，如果没有得到收敛解，ANSYS按照缺省迭代次数停止。按照缺省迭代次数停止。对于分析要求，可以使用对于分析要求，可以使用这些菜单改变这些菜单改变:3可以设置DOF数值,迭代次数,使用时间和计算时间。当这些限制达到后，ANSYS停止运行。42261 如果没有得到收敛解，A N S Y S 按照缺省迭代次数停止。对于分通过输出窗口可以得到很多信息通过输出窗口可以得到很多信息:热流收敛数值在热流收敛数值在下降下降温度改变增加量温度改变增加量在下降在下降收敛数值比准则小收敛数值比准则小本子步
25、进行了本子步进行了7次迭代达到收敛。次迭代达到收敛。一一共进行了共进行了28步迭代。步迭代。我们正在计算我们正在计算 LS 2,SS 327A N S Y S 输出窗口通过输出窗口可以得到很多信息:热流收敛数值“时间时间”在静态和瞬态分析中都用做步进参数。每个载荷步和子步都与特定的时间在静态和瞬态分析中都用做步进参数。每个载荷步和子步都与特定的时间相联系，尽管求解本身可能是不随速率变化的。相联系，尽管求解本身可能是不随速率变化的。在与速率有关的静态分析和瞬态分析中，在与速率有关的静态分析和瞬态分析中，“时间时间”代表实际的时间，单位为时间单代表实际的时间，单位为时间单位位(秒或小时秒或小时)。
26、在这种情况下，时间单位应该与材料特性和载荷相符合。在这种情况下，时间单位应该与材料特性和载荷相符合。在与速率无关的静态分析中，在与速率无关的静态分析中，“时间时间”主要用来对载荷步的细化和子步计数。主要用来对载荷步的细化和子步计数。“时间时间”,在在ANSYS热分析中，需要有如下特性热分析中，需要有如下特性:“时间时间”必须为正值。必须为正值。“时间时间”只能不断增加。只能不断增加。28关于“时间”的说明“时间”在静态和瞬态分析中都用做步进参数。在载荷步中，载荷可以是随时间在载荷步中，载荷可以是随时间阶跃阶跃或或渐进渐进的。渐进是缺省方式，在非线性分析的。渐进是缺省方式，在非线性分析中是推荐方
27、式，可以有利收敛。中是推荐方式，可以有利收敛。该特性使用该特性使用KBC命令控制，但是，当载荷使用表格方式施加时，载荷总时阶跃命令控制，但是，当载荷使用表格方式施加时，载荷总时阶跃的，而忽略的，而忽略KBC命令的设置。命令的设置。29阶跃和渐进载荷在载荷步中，载荷可以是随时间阶跃或渐进的。渐进如果载荷步中载荷是如果载荷步中载荷是 阶跃阶跃 的，所有载荷以同样方式施加，不管是新的载荷，的，所有载荷以同样方式施加，不管是新的载荷，改变的载荷和删除的载荷；它们是阶跃施加，阶跃改变，阶跃删除的。改变的载荷和删除的载荷；它们是阶跃施加，阶跃改变，阶跃删除的。但是，如果载荷时渐进的，图形不会如此清晰但是，
28、如果载荷时渐进的，图形不会如此清晰(象我们在后面看到的一样象我们在后面看到的一样)。新载荷是在新载荷是在LS 1中是阶跃施加的中是阶跃施加的载荷在载荷在LS 2中是阶跃删除的中是阶跃删除的记住当载荷施加以后，不管是记住当载荷施加以后，不管是阶跃还是渐进载荷，它在后面阶跃还是渐进载荷，它在后面的载荷步中的载荷步中一直有效一直有效，除非被除非被删除删除或或修改修改。30如果载荷步中载荷是 阶跃 的，所有载荷以同样方式施加，不管是如果载荷在载荷步中是如果载荷在载荷步中是 渐进的渐进的,ANSYS不会以相同的方式处理新施加的载荷和不会以相同的方式处理新施加的载荷和改变删除的载荷。改变删除的载荷。下面的
29、表格说明拉下面的表格说明拉ANSYS对不同载荷类型的处理方法对不同载荷类型的处理方法:*-与温度有关的换热系数总是按照温度函数施加，忽略与温度有关的换热系数总是按照温度函数施加，忽略KBC设置。设置。ThermalGeneral Load ANSYS Behavior if Load is.Load TypeCategoryNewly AppliedChangedDeletedTemperatureDOF ConstraintRamped from TUNIFRamped from Previous ValueStep-deletedHeat Flow RateForce LoadRamped
30、 from zeroRamped from Previous ValueStep-deletedHeat FluxSurface LoadRamped from zeroRamped from Previous ValueStep-deletedConvection-TBULKSurface LoadRamped from TUNIFRamped from Previous ValueStep-deletedConvection-HCOEFSurface LoadStepped in first load step.Rampedfrom zero in later load steps.*Ra
31、mped from Previous ValueStep-deletedHeat GenerationBody LoadRamped from BFUNIFRamped from Previous ValueRamped to BFUNIF31如果载荷在载荷步中是 渐进的,A N S Y S 不会以相同的方式处时间步长时间步长 是影响非线性求解精度和效率的最大因素。是影响非线性求解精度和效率的最大因素。总体来说，当时间步长减少总体来说，当时间步长减少.求解发散可能性下降求解发散可能性下降 结果更加精确结果更加精确 每次求解迭代次数下降每次求解迭代次数下降 分析时间增加分析时间增加许多因素影响经
32、过优化的时间步长许多因素影响经过优化的时间步长:非线性的类型和程度非线性的类型和程度 载荷类型和位置载荷类型和位置 网格大小网格大小 先前的收敛性质先前的收敛性质 瞬态效果瞬态效果(在下一章讨论在下一章讨论)32时间步长时间步长 是影响非线性求解精度和效率的最大因素。3 2当定义载荷步时，要指定载荷步结束的时间当定义载荷步时，要指定载荷步结束的时间。如果不指定该数值，如果不指定该数值，TIME将缺将缺省为原来数值加一。省为原来数值加一。有两种方法指定载荷步中的子步。它们的效果是一致的有两种方法指定载荷步中的子步。它们的效果是一致的，只要采用一种即可：，只要采用一种即可：A load is ra
33、mped in four equal increments over a 12 second load step.One could:Specify#substeps=4 ORSpecify that t=3 seconds 载荷步中的载荷步中的子步数目子步数目(NSUBST)可以指定。可以指定。时间步的时间步的大小在载荷步中保持一致，等于大小在载荷步中保持一致，等于TIME/NSUBST，在，在进行进行稳态稳态分析时会比较简单分析时会比较简单。时间时间步步增量增量(DELTIM)可以定义可以定义。载荷载荷步步中子中子步的数目步的数目等于等于圆整后的圆整后的TIME/DELTIM，在瞬态，在瞬
34、态分析分析中会中会比较简单比较简单。33时间步长(续)当定义载荷步时，要指定载荷步结束的时间。如果使用下列菜单控制时间使用下列菜单控制时间步步:1322.选择两种选择两种方法方法之一之一3.指定载荷指定载荷步结束步结束时间时间4.指定时间指定时间步或子步数步或子步数5.指定指定阶跃或阶跃或渐进渐进6.在在下面下面点击点击4534534时间步选项使用下列菜单控制时间步:1 3 2 2.选择两种方法自动时间自动时间步步(ATS)忽略时间忽略时间步步选项选项，根据，根据模型模型的的响应响应由由ANSYS自动调节时间步长自动调节时间步长。不象。不象给定一个固定给定一个固定的的时间时间步，用户给出步，用
35、户给出初始时间步长初始时间步长和和时间步长时间步长的的最大最小数值最大最小数值，然后然后激活激活ATS。ATS有有 两个两个 重要功能重要功能:它它提供基于提供基于前前面子面子步收敛的迭代次数的步收敛的迭代次数的时间时间步步预测预测，类似类似于非线性于非线性单元单元状态状态改变改变或或模型模型的非的非线性线性响应响应(而不象而不象静态分析静态分析)。如果如果求解求解预计预计要要超过最大超过最大迭代次数时迭代次数时提供时间提供时间步步减少减少。ATS 在在模型模型在在不同载荷不同载荷步步之间变化较大之间变化较大的的时候十分时候十分有效。在缺省有效。在缺省情况情况下，由下，由ANSYS确定是否确定
36、是否激活激活ATS。35自动时间步自动时间步(A T S)忽略时间步选项，根据模型的在在Time/Frequency菜单菜单中中同样可以同样可以找到找到ATS。下面下面的的描述假设描述假设Time and Time Steps 选项选项被被选中选中。1.载荷载荷步步终了终了的的时间同样时间同样要要指定指定。2.指定指定INITIAL 时间时间步步(如果如果不不指定指定，则，则程序程序自动指定自动指定)3.指定载荷指定载荷是阶跃是阶跃还是渐进还是渐进(渐进一般渐进一般较较容容易易收敛收敛)4.打开自动时间打开自动时间步步(缺省由缺省由程序选择程序选择)321436自动时间步(续)在T i me/
37、F r e q u e n c y 菜单中同样5.MAXIMUM 允许时间允许时间步步(空白由空白由程序指定程序指定)6.MINIMUM 允许时间允许时间步步(空白由空白由程序指定程序指定)7.指定指定ANSYS是否是否将上一将上一个子个子步的步的最后时间最后时间步步用于用于下一个下一个子步的子步的初始时间初始时间步步(空白由空白由程序指定程序指定)8.点击点击765这里这里是是使用使用Time and Substep 选项菜单选项菜单的的相相应设置应设置。使用任何一个菜单都会得到时间使用任何一个菜单都会得到时间步步设设置置。=37自动时间步(续)5.MA X I MU M 允许时间步(空白由
38、通过输出窗口可以得到很多信息通过输出窗口可以得到很多信息:ATS打开下一个时间步比上一个时间步增加50%ATS确定下一个时间步长为0.338A N S Y S 输出窗口通过输出窗口可以得到很多信息:A T S 打开除非除非瞬态效果瞬态效果打开打开，非线性热，非线性热分析分析的的开始温度不会开始温度不会对结果对结果精度产生影响精度产生影响。但是但是，选择合适选择合适的的初始温度初始温度(对于合适对于合适的的DOF)可以影响可以影响效率效率和和收敛性收敛性。由于由于非线性非线性分析分析的迭的迭代特性，代特性，初始数值初始数值给的越给的越准确准确，收敛，收敛速度速度就越快。就越快。缺省缺省情况情况下
39、，下，ANSYS指定指定初始温度初始温度为为0度。度。如果开始如果开始较较接近接近，则不，则不需要需要很很多次多次迭代。迭代。Single DOF SystemSingle DOF System3 iterations2 iterations 39开始温度除非瞬态效果打开，非线性热分析的开始温度不会对结果精如果如果做瞬态做瞬态分析分析，初始温度可以使用初始温度可以使用IC命令指定命令指定到到每个每个自由度自由度上上(见下一章的见下一章的讨论讨论)。在瞬态或稳态。在瞬态或稳态分析分析中，中，可可以使用下面以使用下面的方法的方法指定均匀指定均匀的的初始温度初始温度：312均匀温度缺省等于热应变参考
40、温度(TREF)。参考温度缺省为 0。440开始温度(续)如果做瞬态分析，初始温度可以使用I C 命令指定ANSYS 收敛收敛提高工具用于加速提高工具用于加速收敛，收敛，提高提高收敛性。收敛性。如果如果求解求解控制控制被被关闭关闭，这些这些工具必须谨慎选取工具必须谨慎选取。如果选取如果选取不正确，会不正确，会实际上妨碍实际上妨碍收敛。收敛。Line Search 当当热传导热传导率有率有很大改变时会通很大改变时会通过减少比例因子过减少比例因子来来增加增加 N-R存储存储的热流的热流向量向量。当有当有非常高度非常高度的非线性的非线性情况出现情况出现，如相变或热，如相变或热冲击分析冲击分析，使用使
41、用这一这一工具工具很有效。缺省状态下很有效。缺省状态下，该，该工具关闭工具关闭。123441收敛提高工具A N S Y S 收敛提高工具用于加速收敛，提高收敛性预测预测器器 根据前根据前面子面子步的结果步的结果预测温度预测温度结果。它在结果。它在模型模型的非线性的非线性响应随时响应随时间间变化过程变化过程中中改变改变较较剧烈剧烈的的情况情况下下非常非常有效。有效。ANSYS缺省缺省条件条件下下自动自动预测预测每每个子个子步后的结果。步后的结果。预测预测器器可以使用手工打开可以使用手工打开或或关闭关闭:12342收敛提高工具预测器 根据前面子步的结果预测温度结果。它在模型非线性分析可能比线性分析
42、得到远为多的结果，原因有两个非线性分析可能比线性分析得到远为多的结果，原因有两个:1.许多输出项目只有在非线性分析中才有许多输出项目只有在非线性分析中才有(如如,每个子步中平衡迭代次数每个子步中平衡迭代次数，辐射单元的热流，辐射单元的热流)2.多子步结果在每个载荷步中可以使用。多子步结果在每个载荷步中可以使用。可能需要将这些信息存储到输出文件可能需要将这些信息存储到输出文件(Jobname.OUT)和和/或结果文件或结果文件(Jobname.RTH)中用于分析和判断是否有足够的结果可以绘制响应曲线。中用于分析和判断是否有足够的结果可以绘制响应曲线。在结果文件中可以只存储在结果文件中可以只存储.
43、自由度解自由度解.(类型类型)每五步求解每五步求解.(频率频率)单元类型单元类型3(范围范围)ANSYS 输出控制命令允许用户指定输出控制命令允许用户指定 类型类型,频率频率,和数据的和数据的范围范围。例如例如43输出控制非线性分析可能比线性分析得到远为多的结果，原因有两个缺省情况下，缺省情况下，ANSYS将最后子步的所有单元所有结果写入热分析文件将最后子步的所有单元所有结果写入热分析文件(Jobname.RTH)。使用下列菜单指定类型，频率和输出范围使用下列菜单指定类型，频率和输出范围.12 反应热流反应热流 单元热流和梯度单元热流和梯度 单元各种数据单元各种数据33.选择要控制的结果项目。
44、选择要控制的结果项目。例如例如:所有求解项所有求解项(缺省缺省)节点温度解节点温度解44输出控制(续)缺省情况下，A N S Y S 将最后子步的所有单元所有4.指定结果文件输出频率。如果是指定结果文件输出频率。如果是I“Every Nth”，用一个整数填充用一个整数填充“Value of N”。如如果要使用数组指定输出时间点，使用果要使用数组指定输出时间点，使用“At Time Points”选项。该选项在第选项。该选项在第6章中有详细章中有详细解释。解释。45.指定预先定义的节点或单元组指定预先定义的节点或单元组元。元。6.结束请按结束请按OK。如果要再设置如果要再设置输出控制时请按输出控
45、制时请按APPLY 可以设可以设置多个输出控制。置多个输出控制。注注:缺省情况下，缺省情况下，ANSYS同时存同时存储最近的求解结果储最近的求解结果。56请参阅第6章注注:缺省情况下，缺省情况下，ANSYS同时存储最近的同时存储最近的求解结果。求解结果。45输出控制(续)4.指定结果文件输出频率。如果是I “E缺省情况下，缺省情况下，ANSYS在工作路径写一个求解管理文件。它包含诸如时间在工作路径写一个求解管理文件。它包含诸如时间/载荷步，使用的载荷步，使用的CPU时间，每次迭代子步的最大温度数值等有用的项目。时间，每次迭代子步的最大温度数值等有用的项目。这一功能在进行时间较长的非线性和瞬态分
46、析时最有效，因为它给分析人员一个完整的数这一功能在进行时间较长的非线性和瞬态分析时最有效，因为它给分析人员一个完整的数据文件，而不需要在后处理中读取。例如据文件，而不需要在后处理中读取。例如:Q:这是非线性分析吗?(见行 4)46求解管理缺省情况下，A N S Y S 在工作路径写一个求解管理文件。用户可以定义不多于三个变量来跟踪模型特定节点的温度响应或反应热流。使用用户可以定义不多于三个变量来跟踪模型特定节点的温度响应或反应热流。使用下列菜单定义变量下列菜单定义变量:1234563.选择管理的节点。选择管理的节点。4.指定变量号码。指定变量号码。5.对于节点温度指定对于节点温度指定TEMP，
47、对于节对于节点反应热流指定点反应热流指定HEAT。6.点击点击OK。47求解管理用户可以定义不多于三个变量来跟踪模型特定节点的温度响许多问题可以造成非线性求解不收敛。在缺省情况下，许多问题可以造成非线性求解不收敛。在缺省情况下，ANSYS如果发现问题如果发现问题不不收敛，求解就会终止，收敛，求解就会终止，并且最后并且最后的不收敛结果会的不收敛结果会写入写入结果结果文件文件以供以供分析分析。用户。用户必必须须在后在后处理之前知道处理之前知道求解是不收敛的。求解是不收敛的。ANSYS用用下列几种下列几种方法方法指出指出求解是不收求解是不收敛的敛的:出错文件出错文件(jobname.err)会清楚的
48、会清楚的判断判断不收敛的解，不收敛的解，并且并且会对不收敛的会对不收敛的可能原因可能原因加以说明加以说明:*ERROR*CP=345.870 TIME=17:36:15 Preconditioned conjugate gradient solver error level 1.Possibly,the model is unconstrained or additional iterations may be needed.Try running with a multiplier MULT 1 in EQSLV command(3 MULT 1).*ERROR*CP=388.930 TIM
49、E=17:36:58 DOF(e.g.Displacement)limit exceeded at time 4 (load step 4 substep 1 equilibrium iteration 1)Maximum value=6.871541204E+14 Limit=1000000.May be due to an unrestrained or unstable model.*WARNING*CP=404.140 TIME=17:37:13 The unconverged solution(identified as time 4 substep 999999)is output
50、 for analysis debug purposes.Results should not be used for any other purpose.48收敛验证许多问题可以造成非线性求解不收敛。在缺省情况下，A N在在通用通用后后处理器处理器中中查询查询results summary时，不收敛的求解结果会被指定时，不收敛的求解结果会被指定为子步数目为子步数目999999(下面的红色箭头下面的红色箭头):前面收敛的子步前面收敛的子步(绿色箭头绿色箭头)可以象平常一样后处理。可以象平常一样后处理。ConvergedConvergedConvergedUnconverged49收敛验证(续)
