Управление на стъпките¶

Структурният анализ с FrontISTR протича чрез превключване на гранични условия, натоварвания, контакт и активиране на елементи стъпка по стъпка. Тази страница обяснява времевия интервал, подстъпките, критериите за сходимост и как за всяка стъпка да се избира между фиксирани прирасти и автоматични прирасти/cutback.

Терминология за времето на анализа¶

Тази страница разграничава времето на анализа чрез следните термини.

• Текущо време: общото изминало време от началото на анализа.
• Време на стъпката: изминалото време от началото на текущата стъпка.
• Времеви интервал: времето на анализа, което се изминава в една стъпка.
• Относително време: времето на стъпката, разделено на времевия интервал. То е 0 в началото на стъпката и 1 в края ѝ.
• Времеви прираст: прирастът от текущото време до следващия момент, в който се решава равновесието.

Общ преглед на функциите¶

Управлението на стъпките е организирано според следните аспекти.

За статичен анализ могат да се изберат фиксирани прирасти или автоматични прирасти/cutback. При динамичен анализ условията също могат да се превключват чрез няколко записа !STEP и се препоръчва с !STEP да се зададат както фиксираният времеви прираст, така и времевият интервал на стъпката. В !DYNAMIC, n_step и t_delta се третират като стойности по подразбиране, когато !STEP е пропуснат или за обратна съвместимост. Автоматични прирасти/cutback могат да се използват с нелинейни неявни методи. Управлението на времето при анализ на топлопроводност се извършва не чрез !STEP, а чрез спецификацията на времевата стъпка в !HEAT.

Условията, активирани в една стъпка, се задават чрез ID на група. Тъй като граничните условия, натоварванията, контактът и активирането на елементи могат да се превключват по стъпки, поетапно натоварване, превключване на контактни условия и анализи, включващи последователности на строителство, могат да бъдат представени в един файл с данни за управление на анализа. За избор на режими на активиране/деактивиране на елементи вижте Активиране/деактивиране на елементи.

Избор на управление на стъпките¶

Изберете метода на прираста според нелинейността на анализа и необходимите времена за извеждане.

• За линейни анализи или анализи, завършващи в една стъпка, подробна настройка на управлението на прираста често не е необходима.
• За нелинейни статични анализи, при които натоварванията и отговорът се изменят плавно, фиксираните прирасти често са достатъчни. Ако сходимостта е трудна, намалете времевия прираст.
• При анализи, включващи възникване или освобождаване на контакт, развитие на провлачването, големи деформации или резки промени в материалната нелинейност, първо обмислете автоматични прирасти/cutback. Прирастите могат да се увеличават в области с лесна сходимост и да се намаляват в области с трудна сходимост.
• Ако са необходими резултати в определени моменти при използване на автоматични прирасти, използвайте заедно с тях списък на времената за извеждане.

Настройвайте критериите за сходимост така, че да балансирате стабилността на анализа и времето за изчисление. Затягането на критериите за сходимост подобрява точността на равновесието, но увеличава броя на итерациите. При анализи с контакт или множители на Лагранж върху протичането на изчислението влияят не само обикновеният критерий за остатъка, но и броят на контактните итерации и критерият за множителите на Лагранж.

Управление на стъпките при статичен анализ¶

Статичният анализ се състои от една или повече стъпки на анализа. Итерацията по стъпките се нарича цикъл по стъпки, а итерацията, която решава една стъпка, като я разделя на времеви прирасти, се нарича цикъл по подстъпки. На всяка подстъпка равновесието се изчислява, използвайки коефициента на натоварване, граничните условия, състоянието на контакта и други условия в зададения момент.

При фиксирани прирасти времевият прираст в рамките на стъпката се увеличава със зададената стойност. Ако сходимостта не бъде постигната, анализът приключва в този момент.

При автоматични прирасти/cutback следващата базова стойност на времевия прираст dtime_base се актуализира според състоянието на сходимостта на предходната подстъпка. Ако сходимостта не бъде постигната, предходното запазено състояние се възстановява и същият времеви интервал се преизчислява с по-малък времеви прираст.

Процесът на автоматичните прирасти/cutback е следният.

1. В началото на стъпката началният времеви прираст се използва като dtime_base.
2. Определете действителния времеви прираст така, че да не надхвърля края на стъпката или следващото време за извеждане.
3. Изчислете равновесието в момента, получен чрез придвижване от текущото време с времевия прираст.
4. Ако изчислението сходи, придвижете времето напред и увеличете или намалете следващото dtime_base според състоянието на сходимост.
5. Ако изчислението не сходи, възстановете състоянието, намалете dtime_base с коефициента за намаляване при cutback и преизчислете.
6. Когато текущото време достигне края на стъпката, завършете тази стъпка.

Дали прирастът да бъде увеличен или намален се определя от състоянието на итерациите в предходната подстъпка. Трите представителни величини, използвани за това решение, са следните.

Ако състоянието, при което някоя от величините N_max, N_sum или N_cont надвишава съответния праг за намаляване, продължи зададения брой пъти, времевият прираст се намалява. Обратно, ако състоянието, при което и трите остават в рамките на праговете за увеличаване, продължи зададения брой пъти, времевият прираст се увеличава. При увеличаване прирастът се регулира така, че да не надвишава горната граница.

При автоматични прирасти/cutback анализът приключва с неуспех в следните случаи.

• Горната граница за броя на подстъпките е достигната преди края на стъпката.
• Базовата стойност на времевия прираст пада под долната граница за времевия прираст.
• Достигната е горната граница за последователни cutback.

Следващият пример активира автоматични прирасти и задава начален времеви прираст 0.01, времеви интервал на стъпката 2.5, долна граница на времевия прираст 1E-5, горна граница 0.3 и максимум 200 подстъпки. Към стъпката са присвоени наборът параметри за автоматичен прираст AP1 и списъкът с времена за извеждане TP1, съдържащ общите времена 1.5, 2.7 и 3.9.

!AUTOINC_PARAM, NAME=AP1
0.25, 10, 50, 10, 1
1.25,  1,  1,  1, 2
0.25,  5
!TIME_POINTS, TIME=TOTAL, NAME=TP1
1.5
2.7
3.9
!STEP, INC_TYPE=AUTO, SUBSTEPS=200, AUTOINCPARAM=AP1, TIMEPOINTS=TP1
0.01, 2.5, 1E-5, 0.3

За входния формат и стойността по подразбиране на всеки параметър вижте !STEP, !AUTOINC_PARAM и !TIME_POINTS.

Управление на стъпките при динамичен анализ¶

При директно интегриране по времето в динамичен анализ задайте метода на решение и параметрите за интегриране по времето с !DYNAMIC, а стъпките на анализа, групите гранични условия и натоварвания и метода на прираста — с !STEP. Ако !STEP е пропуснат, анализът се третира като едностъпков анализ, при който всички гранични условия и натоварвания са активни.

При фиксирани прирасти на втория ред на !STEP задайте DTIME, ETIME, за да управлявате времевия прираст и времевия интервал на стъпката за всяка стъпка. Дефинирането на няколко записа !STEP позволява активните групи гранични условия и натоварвания да се превключват по стъпки. В !DYNAMIC, t_delta и n_step се третират като стойности по подразбиране за наследени едностъпкови входни данни, в които !STEP е пропуснат, и за обратна съвместимост. За нови входни данни се препоръчва времевите условия да се задават изрично с !STEP дори когато се използват фиксирани прирасти.

При използване на автоматични прирасти задайте !STEP, INC_TYPE=AUTO и посочете началния времеви прираст, времевия интервал на стъпката, долната граница и горната граница на времевия прираст на реда с данни на !STEP. При нелинеен неявен метод времевият прираст се увеличава или намалява според състоянието на итерациите на Нютон и контактните итерации; ако сходимостта не бъде постигната, предходното състояние се възстановява и изчислението се повтаря с по-малък времеви прираст.

В !STEP, TYPE (STATIC/VISCO) е превключвателят за времевата зависимост на материала в стъпката и е валиден само за статичен анализ. Той не се използва при динамичен анализ, където времевият прираст винаги се третира като действително време; следователно задаването на TYPE на !STEP при динамичен анализ няма ефект.

Методът за интегриране по времето и коефициентите, например тези на метода Newmark-β, се задават с !DYNAMIC. За входния формат вижте !DYNAMIC и !STEP.

Управление на стъпките при анализ на топлопроводност¶

Времевата стъпка за анализ на топлопроводност се задава с !HEAT. !HEAT задава набор от стойности, включително времевата стъпка, крайното време, минималната времева стъпка, максималната промяна на температурата, броя итерации и критерия за сходимост.

Управлението на времето при анализ на топлопроводност работи чрез механизъм, отделен от !STEP, INC_TYPE=AUTO за структурен статичен анализ. Следователно, когато настройвате времевата стъпка при анализ на топлопроводност, не използвайте !STEP; вместо това използвайте спецификацията !HEAT. За входния формат вижте !HEAT.

Задаване на времена за извеждане¶

Тъй като при автоматични прирасти времевият прираст се изменя според сходимостта, моментите, в които се извеждат резултатите, може да не са известни предварително. !TIME_POINTS е списък с времена, използван за регулиране на времевия прираст така, че равновесието винаги да се изчислява и резултатите да могат да се извеждат в зададените моменти.

Списъкът с времена може да бъде зададен или като общо време от началото на анализа, или като време на стъпката от началото на стъпката. Използвайте общо време, когато задавате общи моменти за няколко стъпки, и време на стъпката, когато задавате едни и същи относителни позиции за извеждане във всяка стъпка.

За всяка стъпка използваният списък с времена се реферира от !STEP. Когато се използва заедно с автоматични прирасти, времевият прираст се скъсява така, че да не премине следващото време за извеждане или края на стъпката. За входния формат вижте !TIME_POINTS.

Свързани теми¶

• Типове анализ — Общ преглед на типове анализ като статичен анализ, динамичен анализ и анализ на топлопроводност.
• Нелинейни итерации и интегриране по времето — Структура на итерациите на Нютон, контактните итерации и интегрирането по времето в рамките на подстъпка (значение на броя итерации на Нютон и контактни итерации).
• Активиране/деактивиране на елементи — Как да се изберат управленията за активиране на елементи, включени чрез !STEP.
• Метод на Нютон–Рафсън (теория) — Теория на итеративния метод за решение.
• Критерии за сходимост (теория) — Теория на мерките за сходимост.
• !STEP, !AUTOINC_PARAM, !TIME_POINTS — Входни формати за управление на стъпките в структурни и динамични анализи.
• !DYNAMIC, !HEAT — Входни формати за управление на времето в динамични анализи и анализи на топлопроводност.