Подолання труднощів при збіжності розрахунків в ansys workbench mechanical
Рейтинг: 5/5
Коли намагаєшся виконати розрахунок конструкції, не дуже хочеться побачити повідомлення про помилку збіжності: «Unable to converge», «Convergence Failure», «Failure to Converge».
Частина I: Використання інформації про невязке методу Ньютона-Рафсона
Тестова модель: використаний метод Ньютона-Рафсона, збіжність не досягнуто, рішення зупинено
У цій статті розглядалося інтерфейс Mechanical APDL, але матеріал є актуальним і для Workbench Mechanical, оскільки розрахунки в ньому, по суті, здійснюються в Mechanical APDL в фоновому режимі.
Якщо говорити про графік невязок, нам необхідно, щоб фіолетова крива опустилася нижче синьою. Якщо цього не відбувається, і вирішувач вичерпав всі варіанти шляхів вирішення, розрахунок переривається, і ми отримуємо повідомлення про помилку.
Що ж робити далі? Поширеними способами усунення даної помилки є: збільшення кількості Подшаг; зменшення контактної жорсткості в розрахунках з урахуванням контактної взаємодії; можливо, додавання точок на кривій пластичності і т.д. Але що робити, якщо проблема в чомусь іншому? Як з'ясувати, чому не вдається досягти збіжності?
У частині I даної статті ми обговоримо, як відобразити невязки методу Ньютона-Рафсона у вигляді розподілів по поверхні моделі, щоб побачити ті області, в яких рівновага порушується в найбільшою мірою. У більшості випадків ця корисна інформація допомагає нам з'ясувати, що відбувається з нашою моделлю, на підставі чого ми можемо вжити заходів щодо усунення проблем. По-перше, слід зазначити, що графічне відображення невязок Ньютона-Рафсона потрібно включити ще перед проведенням розрахунку. Таким чином, ви або включаєте їх і повторно виконуєте розрахунок після виниклої помилки збіжності, заздалегідь знаючи, що зіткнетеся з нею при повторному розрахунку, або ж вам потрібно володіти даром передбачення (або просто бути передбачливим) і включати відображення невязок перед проведенням першого розрахунку. Чому ж вони не включені постійно, запитаєте ви? Швидше за все, тому що вони трохи сповільнюють виконання розрахунку, а також займають небагато місця в базі даних на диску - хоча, якщо розрахунок успішно завершений, то розподілу нев'язок методу Ньютона-Рафсона не зберігаються зовсім.
Ось як вони включаються. В налаштуваннях результатів розрахунку (Solution Information) в осередку Newton-Raphson Residuals змініть число нуль, яке стоїть там за замовчуванням, на відмінні від нуля числа, наприклад, 3 або 4. Тепер при розрахунку будуть постійно зберігатися 3 або 4 епюри невязок Ньютона-Рафсона для останніх ітерацій розрахунку. Ви зможете подивитися їх у разі зупинки розрахунку через помилку збіжності.
Після того, як розрахунок буде припинений, в гілці Solution Information будуть доступні розподілу нев'язок Ньютона-Рафсона.
Величина, яка відображається в графічній області, фактично являє собою корінь квадратний з суми квадратів нев'язок за напрямками осей глобальної системи координат X, Y і Z. Тобто, виведені розподілу не дають нам інформацію про направлення дисбалансу, але вони відображають розташування областей моделі з найбільшим порушенням рівноваги сил. На малюнку нижче показаний приклад. Область, виділена червоним, відповідає найбільшим нев'язками. Так як дана модель містить контактна взаємодія двох компонентів, джерелом труднощів збіжності розрахунку очікувано є зона контакту, а особливо зона у гострого кута лівої деталі.
Візуалізація невязок методу Ньютона-Рафсона для останньої ітерації, розпочатої вирішувачів
Як ми можемо використовувати отриману інформацію? В даному випадку, ми бачимо, що область контакту, головним чином в зоні біля кута меншою деталі, є проблемною зоною. Прийнявши це до відома, ми внесли в модель два зміни.
По-перше, ми поміняли алгоритм визначення точок контакту (Detection Method) з заданого за замовчуванням (Program Controlled) - точки Гаусса на кінцевих елементах - на алгоритм Nodal-Normal to Target (вузли елементів цільової поверхні). Коли в контактній задачі присутній контакт деталей з гострим кутом, заміна точок Гаусса на вузли в більшості випадків дозволяє підвищити стійкість рішення.
По-друге, ми зменшили контактну жорсткість за рахунок зміни параметра Normal Stiffness зі значення за замовчуванням (1,0) на значення 0,2. Зниження контактної жорсткості допомагає вирішити проблеми збіжності для цілого ряду контактних задач. Занадто низьке значення жорсткості також може викликати проблеми, але в даному завданні розраховане взаємне проникнення деталей досить мало, так що значення 0,2 здається оптимальним. Якщо виникають сумніви у виборі значення контактної жорсткості, можна провести серію розрахунків, відстежуючи зміну цікавлять вас значень при зміні контактної жорсткості. Так само, як і для більшості доступних користувачеві параметрів розрахунку, що цікавлять вас результати не повинні бути схильні до істотного впливу змін контактної жорсткості.
Два виконаних зміни дозволили домогтися гарної збіжності розрахунку нашої моделі для повної величини навантаження.
Інші міркування:
Починаючи з версії ANSYS Mechanical 14.0, розподілу нев'язок Ньютона-Рафсона завжди відображаються на початковій, а не на деформованої моделі. Якщо переміщення в моделі великі, то встановити, що викликає великі значення нев'язок, може бути складніше. У таких випадках буде корисно порівняти розподілу сумарних переміщень і напружень для ітерації, що не зійшлася, з розподілами останньої вдалої ітерації в дійсному масштабі деформацій. Це відобразить деталі в деформованому стані і допоможе визначити, чому в певних областях виникають великі невязки.
Підводячи підсумок викладеного матеріалу, слід зазначити, що графічне відображення невязок Ньютона-Рафсона - це один з інструментів, який допомагає нам визначити причини виникнення труднощів у збіжності. Нев'язки Ньютона-Рафсона дають нам уявлення про те, в яких областях моделі виникають проблеми збіжності, і в більшості випадків ми можемо використовувати цю інформацію, щоб визначити, які параметри необхідно налаштувати або які зміни внести в модель для поліпшення збіжності.
У другій частині цієї статті показано, як можна швидко використовувати ANSYS Mechanical APDL для відображення кінцевих елементів, які зазнають великих деформації.
МОЖЛИВО ЦЕ вас зацікавлять:
Компанія ANSYS Inc. протягом більш ніж 45 років безперервно удосконалює свої технології для чисельного моделювання,