内容发布更新时间 : 2024/5/3 4:24:38星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

非线性逼近技术。在ANSYS里还是牛顿-拉普森法和弧长法。牛顿-拉普森法是常用的方法，收敛速度较快，但也和结构特点和步长有关。弧长法常被某些人推崇备至，它能算出力加载和位移加载下的响应峰值和下降响应曲线。但也发现：在峰值点，弧长法仍可能失效，甚至在非线性计算的线性阶段，它也可能会无法收敛。 本文介绍了ANSYS中常见的一些非线性不收敛问题和相关分析。 影响非线性收敛稳定性及其速度的因素很多：

1、模型——主要是结构刚度的大小。对于某些结构，从概念的角度看，可以认为它是几何不变的稳定体系。但如果结构相近的几个主要构件刚度相差悬殊，在数值计算中就可能导致数值计算的较大误差，严重的可能会导致结构的几何可变性——忽略小刚度构件的刚度贡献。如出现上述的结构，要分析它，就得降低刚度很大的构件单元的刚度，可以加细网格划分，或着改用高阶单元(BEAM->SHELL,SHELL->SOLID)。构件的连接形式(刚接或铰接)等也可能影响到结构的刚度。

2、线性算法(求解器)。ANSYS中的非线性算法主要有：稀疏矩阵法(SPARSE DIRECT SOLVER)、预共轭梯度法(PCG SOLVER)和波前法(FRONT DIRECT SLOVER)。稀疏矩阵法是性能很强大的算法，一般默认即为稀疏矩阵法(除了子结构计算默认波前法外)。预共轭梯度法对于3-D实体结构而言是最优的算法，但当结构刚度呈现病态时，迭代不易收敛。为此推荐以下算法：

1)、BEAM单元结构，SHELL单元结构，或以此为主的含3-D SOLID的结构，用稀疏矩阵法;

2)、3-D SOLID的结构，用预共轭梯度法; 3)、当你的结构可能出现病态时，用稀疏矩阵法; 4)、当你不知道用什么时，可用稀疏矩阵法。

3、非线性逼近技术。在ANSYS里还是牛顿-拉普森法和弧长法。牛顿-拉普森法是常用的方法，收敛速度较快，但也和结构特点和步长有关。弧长法常被某些人推崇备至，它能算出力加载和位移加载下的响应峰值和下降响应曲线。但也发现：在峰值点，弧长法仍可能失效，甚至在非线性计算的线性阶段，它也可能会无法收敛。

为此，尽量不要从开始即激活弧长法，还是让程序自己激活为好(否则出现莫名其妙的问题)。子步(时间步)的步长还是应适当，自动时间步长也是很有必要的。 4、加快计算速度

在大规模结构计算中，计算速度是一个非常重要的问题。下面就如何提高计算速度作一些建议：

充分利用ANSYS MAP分网和SWEEP分网技术，尽可能获得六面体网格，这一方面减小解题规模，另一方面提高计算精度。

在生成四面体网格时，用四面体单元而不要用退化的四面体单元。比如95号单元有20节点，可以退化为10节点四面体单元，而92号单元为10节点单元，在此情况下用92号单元将优于95号单元。

选择正确的求解器。对大规模问题，建议采用PCG法。此法比波前法计算速度要快10倍以上(前提是您的计算机内存较大)。对于工程问题，可将ANSYS缺省的求解精度从1E-8改为1E-4或1E-5即可。

5、荷载步的设置直接影响到收敛。应该注意以下几点：

1、设置足够大的荷载步(将MAXMIUM SUBSTEP=1000000)，可以更容易收敛，避免发散的出现(nsub,nsbstp,nsbmx,nsbmn);

2、设置足够大的平衡迭代步数，默认为25，可以放大到很大(100)(eqit,eqit); 3、将收敛准则调整，以位移控制时调整为0.05，以力控制为0.01(CNVTOL,lab,value,toler,norm,minref)。

4、对于线性单元和无中间节点的单元(SOLID65和SOLID45)，关闭EXTRA DISPLACEMENTS OPTIONS(在OPTIONS中)。

5、对于CONCRETE材料，可以关闭压碎功能，将CONCRETE中的单轴抗压强度设置为-1(tadata,mat,shrcf-op,shrcf-cl,UntensSt,UnCompSt(-1))。

ANSYS非线性分析时的收敛问题作者： 宋俊磊

ANSYS中,非线性收敛准则主要有力的收敛，位移的收敛，弯矩的收敛和转角的收敛。一般用力的控制加载时，可以使用残余力的2-范数控制收敛；而位移控制加载时，最好用位移的范数控制收敛。

ansys计算非线性时会绘出收敛图，其中横坐标是cumulative iteration number 纵坐标是absolute convergence norm。他们分别是累积迭代次数和绝对收敛范数，用来判断非线性分析是否收敛。

ansys在每荷载步的迭代中计算非线性的收敛判别准则和计算残差。其中计算残差是所有单元内力的范数，只有当残差小于准则时，非线性叠代才算收敛。ansys的位移收敛是基于力的收敛的,以力为基础的收敛提供了收敛量的绝对值，而以位移为基础的收敛仅提供表现收敛的相对量度。一般不单独使用位移收敛准则,否则会产生一定偏差,有些情况会造成假收敛.(ansys非线性分析指南--基本过程Page.6) 。因此ansys官方建议用户尽量以力为基础（或力矩）的收敛误差，如果需要也可以增加以位移为基础的收敛检查。ANSYS缺省是用L2范数控制收敛。其它还有L1范数和L0范数，可用CNVTOL命令设置。在计算中

L2值不断变化，若L2

由于ANSYS缺省的criterion计算是你全部变量的平方和开平方（SRSS）*valuse(你设置的值)，所以crition也有小小变化。如有需要，也可自己指定crition为某一常数，CNVTOL,F,10000,0.0001,0就指定力的收敛控制值为10000*0.0001=1。另外，非线性计算中用到的一个开关是SOLCONTROL如关闭SOLCONTROL选项，那么软件默认收敛准则：力或弯矩的收敛容差是0.001，而不考虑位移的收敛容差；如果打开SOLCONTROL选项，同样的默认收敛准则：力或弯矩的收敛容差是0.005，而位移收敛容差是0.05。

非线性收敛非常麻烦，与网格精度、边界条件、荷载步等一系列因素有关，单元的特点对收敛的影响很大，单元的性态不好收敛则困难些；合理的步长可以使求解在真解周围不至于振荡，步长过小，计算量太大，步长过大，会由于过大的荷载步造成不收敛。网格密度适当有助于收敛，网格太密计算量太大，当然太稀计算结果会有较大的误差。究竟多少往往要针对问题进行多次试算。 如果不收敛，可以考虑一下方法改进 1.放松非线性收敛准则。

(CNVTOL #Sets convergence values for nonlinear analyses). 2.增加荷载步数。

(NSUBST #Specifies the number of substeps to be taken this load step) 3.增加每次计算的迭代次数(默认的25次)

(NEQIT #Maximum number of equilibrium iterations allowed each substep) 4 重新划分单元试试，后续会得到不同的答案。

应注意到，放大收敛准则其实是在降低计算精度的条件下得到近似解，并且放大的收敛准则是否与实际相符或有实际意义应仔细考虑。 加快收敛的方法有一下几种：

1可以增大荷载子步数,nsubst,nsbstp,nsbmn,carry 2修改收敛准则,cnvtol,lab,value,toler,norm,minref

3 打开优化的非线性默认求解设置和某些强化的内部求解算法solcontrol,key1,key2,key3,vtol（一般情况下，默认是打开的）

4重新划分网格,网格的单元不宜太大或太小, 一般在5～10厘米左右 5 检查模型的正确性

非线性问题耗时，求解起来比较麻烦，一旦发生不收敛，需要重新设置边界条件，重新求解，非常耽误时间。使用分析重启动的方法能解决这个问题。就好像flashget一样，断点续传。不至于重从再来。有关分析重启动的设置：solution control里面有一项是设置分析重启动的。可以选择写多少个重启动文件，每隔多少子步写一个重启动文件。（系统默认是在最后一步写重启动文件。）一旦发生求解不收敛，系统会保留到前一个收敛的子步