Přeskočit obsah

Řízení kroků

Strukturální analýza FrontISTR postupuje po jednotlivých krocích, v nichž se přepínají okrajové podmínky, zatížení, kontakt a aktivace prvků. Tato stránka vysvětluje časový rozsah, podkroky, kritéria konvergence a volbu mezi pevnými přírůstky a automatickými přírůstky/cutback pro každý krok.

Terminologie času analýzy

Tato stránka rozlišuje čas analýzy pomocí následujících pojmů.

  • Aktuální čas: Celkový uplynulý čas od začátku analýzy.
  • Čas kroku: Uplynulý čas od začátku aktuálního kroku.
  • Časový rozsah: Čas analýzy, o který se analýza posune v jednom kroku.
  • Relativní čas: Čas kroku dělený časovým rozsahem. Na začátku kroku je 0 a na konci kroku 1.
  • Časový přírůstek: Přírůstek od aktuálního času do následujícího času, pro který se řeší rovnováha.

Definice pojmů souvisejících s časem analýzy

Obrázek 4.7.1 Definice pojmů souvisejících s časem analýzy

Přehled funkcí

Řízení kroků je uspořádáno podle následujících hledisek.

Hledisko Úloha Hlavní zadání
Metoda přírůstků Určuje, zda krok postupuje s pevnými přírůstky, nebo zda se časový přírůstek upravuje podle konvergence !STEP
Typ kroku Určuje, zda je krok statickou analýzou, nebo viskózní analýzou zahrnující viskoelasticitu či creep (samostatné nastavení od typu analýzy v !SOLUTION; platí pouze pro statickou analýzu a v dynamické analýze se nepoužívá) !STEP
Podmínky k aktivaci Pro každý krok vybírá skupiny okrajových podmínek, zatížení, kontaktu a aktivace prvků Datové řádky !STEP
Kritéria konvergence Pro každý krok upravuje kritéria, například rezidua, Lagrangeovy multiplikátory a přírůstky posunutí !STEP
Čas výstupu Určuje časy, ve kterých musí při použití automatických přírůstků proběhnout výpočet a výstup !TIME_POINTS a !STEP

Pro statickou analýzu lze zvolit pevné přírůstky nebo automatické přírůstky/cutback. V dynamické analýze lze podmínky rovněž přepínat pomocí více položek !STEP a doporučuje se pomocí !STEP zadat jak pevný časový přírůstek, tak časový rozsah kroku. V !DYNAMIC se n_step a t_delta považují za výchozí hodnoty při vynechání !STEP nebo z důvodu zpětné kompatibility. Automatické přírůstky/cutback lze použít s nelineárními implicitními metodami. Řízení času pro analýzu vedení tepla se neprovádí pomocí !STEP, ale zadáním časového kroku v !HEAT.

Podmínky aktivované v kroku se určují podle ID skupiny. Protože lze po krocích přepínat okrajové podmínky, zatížení, kontakt i aktivaci prvků, lze v jednom řídicím souboru analýzy reprezentovat stupňované zatěžování, přepínání kontaktních podmínek i analýzy zahrnující pořadí výstavby. Volbu režimů aktivace/deaktivace prvků viz Aktivace/deaktivace prvků.

Volba řízení kroků

Metodu přírůstků zvolte podle nelinearity analýzy a požadovaných časů výstupu.

  • U lineárních analýz nebo analýz dokončených v jediném kroku často není podrobné nastavení řízení přírůstků nutné.
  • U nelineárních statických analýz, ve kterých se zatížení a odezvy mění plynule, často postačují pevné přírůstky. Pokud je konvergence obtížná, zmenšete časový přírůstek.
  • U analýz zahrnujících vznik nebo uvolnění kontaktu, postup kluzu, velké deformace nebo náhlé změny materiálové nelinearity zvažte nejprve automatické přírůstky/cutback. Přírůstky lze zvětšovat v oblastech, které snadno konvergují, a zmenšovat v oblastech s obtížnou konvergencí.
  • Pokud jsou při použití automatických přírůstků požadovány výsledky v konkrétních časech, použijte spolu s nimi seznam časů výstupu.

Kritéria konvergence nastavte tak, aby byla vyvážena stabilita analýzy a doba výpočtu. Zpřísnění kritérií konvergence zvyšuje přesnost rovnováhy, ale zvyšuje počet iterací. V analýzách zahrnujících kontakt nebo Lagrangeovy multiplikátory ovlivňují průběh výpočtu kromě běžného kritéria rezidua také počet kontaktních iterací a kritérium Lagrangeova multiplikátoru.

Řízení kroků pro statickou analýzu

Statická analýza se skládá z jednoho nebo více kroků analýzy. Iterace přes kroky se nazývá smyčka kroků a iterace, která řeší jeden krok jeho rozdělením na časové přírůstky, se nazývá smyčka podkroků. V každém podkroku se rovnováha vypočítá pomocí součinitele zatížení, okrajových podmínek, stavu kontaktu a dalších podmínek v zadaném čase.

Při pevných přírůstcích postupuje časový přírůstek v rámci kroku o zadanou hodnotu. Pokud se nepodaří dosáhnout konvergence, analýza se v tomto bodě ukončí.

Při automatických přírůstcích/cutback se následující základní hodnota časového přírůstku dtime_base aktualizuje podle stavu konvergence předchozího podkroku. Pokud se nepodaří dosáhnout konvergence, obnoví se dříve uložený stav a stejný časový interval se přepočítá s menším časovým přírůstkem.

Průběh řízení přírůstků

Obrázek 4.7.2 Průběh řízení přírůstků

Průběh automatických přírůstků/cutback je následující.

  1. Na začátku kroku se jako dtime_base použije počáteční časový přírůstek.
  2. Skutečný časový přírůstek se určí tak, aby nepřesáhl koncový čas kroku ani následující čas výstupu.
  3. Vypočítá se rovnováha v čase posunutém od aktuálního času o časový přírůstek.
  4. Pokud výpočet konverguje, čas se posune a následující dtime_base se podle stavu konvergence zvětší nebo zmenší.
  5. Pokud výpočet nekonverguje, obnoví se stav, dtime_base se zmenší pomocí redukčního poměru cutback a výpočet se zopakuje.
  6. Když aktuální čas dosáhne koncového času kroku, daný krok se dokončí.

Rozhodnutí o zvětšení nebo zmenšení přírůstku se provádí podle stavu iterací v předchozím podkroku. Tři reprezentativní veličiny používané pro toto rozhodnutí jsou následující.

Veličina Význam
N_max Maximální počet iterací Newtonovy metody
N_sum Celkový počet iterací Newtonovy metody; pokud nejsou kontaktní iterace, rovná se N_max
N_cont Počet kontaktních iterací

Pokud stav, kdy některá z hodnot N_max, N_sum nebo N_cont překračuje svůj práh pro zmenšení, trvá po zadaný počet opakování, časový přírůstek se zmenší. Naopak pokud stav, kdy všechny tři hodnoty zůstávají v mezích svých prahů pro zvětšení, trvá po zadaný počet opakování, časový přírůstek se zvětší. Při zvětšování se přírůstek upraví tak, aby nepřekročil horní mez.

Při automatických přírůstcích/cutback je analýza ukončena jako neúspěšná v následujících případech.

  • Horní mez počtu podkroků je dosažena před koncovým časem kroku.
  • Základní hodnota časového přírůstku klesne pod dolní mez časového přírůstku.
  • Je dosažena horní mez počtu po sobě jdoucích cutback.

Následující příklad povoluje automatické přírůstky a nastavuje počáteční časový přírůstek 0.01, časový rozsah kroku 2.5, dolní mez časového přírůstku 1E-5, horní mez časového přírůstku 0.3 a maximálně 200 podkroků. Kroku je přiřazena sada parametrů automatických přírůstků AP1 a seznam časů výstupu TP1, který obsahuje celkové časy 1.5, 2.7 a 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

Vstupní formát a výchozí hodnoty jednotlivých parametrů viz !STEP, !AUTOINC_PARAM a !TIME_POINTS.

Řízení kroků pro dynamickou analýzu

Pro přímou časovou integraci v dynamické analýze zadejte metodu řešení a parametry časové integrace pomocí !DYNAMIC a kroky analýzy, skupiny okrajových podmínek a zatížení a metodu přírůstků pomocí !STEP. Pokud je !STEP vynecháno, analýza se považuje za jednokrokovou analýzu, ve které jsou aktivní všechny okrajové podmínky a zatížení.

Při pevných přírůstcích zadejte na druhém řádku !STEP hodnoty DTIME, ETIME, které řídí časový přírůstek a časový rozsah kroku pro každý krok. Definováním více položek !STEP lze po jednotlivých krocích přepínat aktivní skupiny okrajových podmínek a zatížení. V !DYNAMIC se t_delta a n_step považují za výchozí hodnoty pro starší jednokrokový vstup, ve kterém je !STEP vynecháno, a pro zpětnou kompatibilitu. U nového vstupu se doporučuje časové podmínky výslovně zadat pomocí !STEP i při použití pevných přírůstků.

Při použití automatických přírůstků zadejte !STEP, INC_TYPE=AUTO a na datovém řádku !STEP uveďte počáteční časový přírůstek, časový rozsah kroku, dolní mez časového přírůstku a horní mez časového přírůstku. U nelineární implicitní metody se časový přírůstek zvětšuje nebo zmenšuje podle stavu Newtonových iterací a kontaktních iterací; pokud se nepodaří dosáhnout konvergence, obnoví se předchozí stav a výpočet se zopakuje s menším časovým přírůstkem.

V !STEP je TYPE (STATIC/VISCO) přepínačem časové závislosti materiálu pro daný krok a platí pouze pro statickou analýzu. V dynamické analýze se nepoužívá, protože časový přírůstek je vždy považován za skutečný čas; proto zadání TYPE v !STEP nemá v dynamické analýze žádný účinek.

Metoda časové integrace a koeficienty, například koeficienty Newmarkovy-β metody, se zadávají pomocí !DYNAMIC. Vstupní formát viz !DYNAMIC a !STEP.

Řízení kroků pro analýzu vedení tepla

Časový krok pro analýzu vedení tepla se zadává pomocí !HEAT. !HEAT určuje sadu hodnot zahrnující časový krok, koncový čas, minimální časový krok, maximální změnu teploty, počet iterací a kritérium konvergence.

Řízení času pro analýzu vedení tepla funguje mechanismem odděleným od !STEP, INC_TYPE=AUTO pro strukturální statickou analýzu. Proto při nastavování časového kroku v analýze vedení tepla nepoužívejte !STEP; místo toho použijte zadání !HEAT. Vstupní formát viz !HEAT.

Zadání časů výstupu

Protože se při použití automatických přírůstků časový přírůstek mění podle konvergence, časy výstupu výsledků nemusí být předem známy. !TIME_POINTS je seznam časů používaný k úpravě časového přírůstku tak, aby byla v zadaných časech vždy vypočtena rovnováha a bylo možné vypsat výsledky.

Seznam časů lze zadat buď jako celkový čas od začátku analýzy, nebo jako čas kroku od začátku daného kroku. Celkový čas použijte při zadávání společných časů pro více kroků a čas kroku při zadávání stejných relativních poloh výstupu pro každý krok.

Pro každý krok se seznam časů, který se má použít, odkazuje z !STEP. Při použití spolu s automatickými přírůstky se časový přírůstek zkrátí tak, aby nepřesáhl následující čas výstupu ani koncový čas kroku. Vstupní formát viz !TIME_POINTS.

Související témata

AI-assisted translation May contain errors Official docs Status