Trinstyring¶

Strukturanalyse i FrontISTR forløber ved trinvis at skifte randbetingelser, belastninger, kontakt og aktivering af elementer. Denne side forklarer tidsinterval, deltrin, konvergenskriterier og valget mellem faste inkrementer og automatiske inkrementer/cutback for hvert trin.

Terminologi for analysetid¶

På denne side skelnes der mellem analysetid med følgende betegnelser.

• Aktuel tid: Samlet forløbet tid fra analysens start.
• Trintid: Forløbet tid fra starten af det aktuelle trin.
• Tidsinterval: Den analysetid, der fremrykkes i ét trin.
• Relativ tid: Trintiden divideret med tidsintervallet. Den er 0 ved trinnets start og 1 ved trinnets slutning.
• Tidsinkrement: Inkrementet fra den aktuelle tid til det næste tidspunkt, hvor ligevægt løses.

Funktionsoversigt¶

Trinstyring er organiseret efter følgende aspekter.

For statisk analyse kan faste inkrementer eller automatiske inkrementer/cutback vælges. I dynamisk analyse kan betingelser også skiftes ved hjælp af flere !STEP-poster, og det anbefales at angive både det faste tidsinkrement og trinnets tidsinterval med !STEP. I !DYNAMIC behandles n_step og t_delta som standardværdier, når !STEP udelades, eller af hensyn til bagudkompatibilitet. Automatiske inkrementer/cutback kan anvendes med ikke-lineære implicitte metoder. Tidsstyring for varmeledningsanalyse håndteres ikke med !STEP, men med angivelsen af tidstrin i !HEAT.

Betingelser, der aktiveres i et trin, angives med gruppe-ID. Da randbetingelser, belastninger, kontakt og elementaktivering kan skiftes fra trin til trin, kan trinvis belastning, skift af kontaktbetingelser og analyser med konstruktionssekvenser repræsenteres i én analysestyringsfil. Se Aktivering/deaktivering af elementer for valg af tilstande for elementaktivering/deaktivering.

Valg af trinstyring¶

Vælg inkrementmetoden ud fra analysens ikke-linearitet og de nødvendige outputtidspunkter.

• For lineære analyser eller analyser, der afsluttes i ét trin, er detaljeret justering af inkrementstyringen ofte unødvendig.
• For ikke-lineære statiske analyser, hvor belastninger og respons varierer jævnt, er faste inkrementer ofte tilstrækkelige. Hvis konvergensen er vanskelig, reduceres tidsinkrementet.
• For analyser med etablering eller frigivelse af kontakt, udvikling af flydning, stor deformation eller pludselige ændringer i materialets ikke-linearitet bør automatiske inkrementer/cutback overvejes først. Inkrementerne kan øges i områder, der konvergerer let, og reduceres i områder, der er vanskelige at få til at konvergere.
• Hvis der kræves resultater på bestemte tidspunkter ved brug af automatiske inkrementer, anvendes en liste over outputtidspunkter sammen med dem.

Juster konvergenskriterierne for at afbalancere analysestabilitet og beregningstid. Strammere konvergenskriterier forbedrer ligevægtsnøjagtigheden, men øger antallet af iterationer. I analyser med kontakt eller Lagrange-multiplikatorer påvirker ikke kun det almindelige residualkriterium, men også antallet af kontaktiterationer og kriteriet for Lagrange-multiplikatoren beregningens forløb.

Trinstyring for statisk analyse¶

Statisk analyse består af et eller flere analysetrin. Iterationen over trinene kaldes trinløkken, og den iteration, der løser ét trin ved at opdele det i tidsinkrementer, kaldes deltrinløkken. Ved hvert deltrin beregnes ligevægten ved hjælp af belastningsfaktoren, randbetingelserne, kontakttilstanden og andre betingelser på det angivne tidspunkt.

Med faste inkrementer fremrykkes tidsinkrementet inden for trinnet med den angivne værdi. Hvis konvergens ikke opnås, afsluttes analysen på dette tidspunkt.

Med automatiske inkrementer/cutback opdateres den næste basisværdi for tidsinkrementet dtime_base ud fra konvergensstatus for det foregående deltrin. Hvis konvergens ikke opnås, gendannes den tidligere gemte tilstand, og det samme tidsinterval genberegnes med et mindre tidsinkrement.

Forløbet for automatiske inkrementer/cutback er som følger.

1. Ved starten af et trin anvendes det indledende tidsinkrement som dtime_base.
2. Bestem det faktiske tidsinkrement, så det ikke passerer trinnets sluttid eller det næste outputtidspunkt.
3. Beregn ligevægten på tidspunktet efter fremrykning fra den aktuelle tid med tidsinkrementet.
4. Hvis beregningen konvergerer, fremrykkes tiden, og den næste dtime_base øges eller reduceres efter konvergensstatus.
5. Hvis beregningen ikke konvergerer, gendannes tilstanden, dtime_base reduceres ved hjælp af reduktionsforholdet for cutback, og beregningen gentages.
6. Når den aktuelle tid når trinnets sluttid, afsluttes trinnet.

Om inkrementet skal øges eller reduceres, bestemmes ud fra iterationsstatus for det foregående deltrin. De tre repræsentative størrelser, der anvendes til denne beslutning, er følgende.

Hvis den tilstand, hvor en af N_max, N_sum eller N_cont overskrider sin tærskel på reduktionssiden, fortsætter det angivne antal gange, reduceres tidsinkrementet. Omvendt øges tidsinkrementet, hvis den tilstand, hvor alle tre forbliver inden for deres tærskler på forøgelsessiden, fortsætter det angivne antal gange. Ved forøgelse justeres inkrementet, så det ikke overskrider den øvre grænse.

Med automatiske inkrementer/cutback afsluttes analysen som mislykket i følgende tilfælde.

• Den øvre grænse for antallet af deltrin nås før trinnets sluttid.
• Basisværdien for tidsinkrementet falder under den nedre grænse for tidsinkrementet.
• Den øvre grænse for efterfølgende cutbacks nås.

Følgende eksempel aktiverer automatiske inkrementer og sætter et indledende tidsinkrement på 0.01, et tidsinterval for trinnet på 2.5, en nedre grænse for tidsinkrementet på 1E-5, en øvre grænse på 0.3 og højst 200 deltrin. Parametersættet AP1 for automatiske inkrementer og listen over outputtidspunkter TP1, som indeholder de samlede tidspunkter 1.5, 2.7 og 3.9, tildeles trinnet.

!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

Se !STEP, !AUTOINC_PARAM og !TIME_POINTS for inputformatet og standardværdien for hver parameter.

Trinstyring for dynamisk analyse¶

Ved direkte tidsintegration i dynamisk analyse angives løsningsmetoden og tidsintegrationsparametrene med !DYNAMIC, mens analysetrin, grupper af randbetingelser og belastninger samt inkrementmetoden angives med !STEP. Hvis !STEP udelades, behandles analysen som en enkelttrinsanalyse, hvor alle randbetingelser og belastninger er aktive.

Med faste inkrementer angives DTIME, ETIME på anden linje i !STEP for at styre tidsinkrementet og trinnets tidsinterval for hvert trin. Ved at definere flere !STEP-poster kan de aktive grupper af randbetingelser og belastninger skiftes trinvis. I !DYNAMIC behandles t_delta og n_step som standardværdier for ældre enkelttrinsinput, hvor !STEP udelades, og af hensyn til bagudkompatibilitet. For nyt input anbefales det at angive tidsbetingelserne eksplicit med !STEP, også når der anvendes faste inkrementer.

Ved brug af automatiske inkrementer angives !STEP, INC_TYPE=AUTO, og det indledende tidsinkrement, trinnets tidsinterval, den nedre grænse for tidsinkrementet og den øvre grænse angives på datalinjen for !STEP. Med en ikke-lineær implicit metode øges eller reduceres tidsinkrementet efter tilstanden af Newton-iterationerne og kontaktiterationerne; hvis konvergens ikke opnås, gendannes den foregående tilstand, og beregningen gentages med et mindre tidsinkrement.

I !STEP er TYPE (STATIC/VISCO) omskifteren for materialets tidsafhængighed i trinnet og er kun gyldig for statisk analyse. Den anvendes ikke i dynamisk analyse, hvor tidsinkrementet altid behandles som faktisk tid; derfor har angivelse af TYPE i !STEP ingen virkning i dynamisk analyse.

Tidsintegrationsmetoden og koefficienter såsom dem i Newmark-β-metoden angives med !DYNAMIC. Se !DYNAMIC og !STEP for inputformatet.

Trinstyring for varmeledningsanalyse¶

Tidstrinnet for varmeledningsanalyse angives med !HEAT. !HEAT angiver et sæt værdier, herunder tidstrin, sluttid, mindste tidstrin, maksimal temperaturændring, antal iterationer og konvergenskriterium.

Tidsstyringen for varmeledningsanalyse fungerer gennem en mekanisme, der er adskilt fra !STEP, INC_TYPE=AUTO for statisk strukturanalyse. Ved justering af tidstrinnet i varmeledningsanalyse skal !STEP derfor ikke anvendes; brug i stedet angivelsen !HEAT. Se !HEAT for inputformatet.

Angivelse af outputtidspunkter¶

Da tidsinkrementet ændres efter konvergensen, når automatiske inkrementer anvendes, er tidspunkterne for output af resultater ikke nødvendigvis kendt på forhånd. !TIME_POINTS er en liste over tidspunkter, som bruges til at justere tidsinkrementet, så ligevægten altid beregnes, og resultater kan outputtes på de angivne tidspunkter.

En tidsliste kan angives enten som samlet tid fra analysens start eller som trintid fra trinnets start. Brug samlet tid, når fælles tidspunkter skal angives på tværs af flere trin, og trintid, når de samme relative outputpositioner skal angives for hvert trin.

For hvert trin refereres den tidsliste, der skal anvendes, fra !STEP. Når den anvendes sammen med automatiske inkrementer, forkortes tidsinkrementet, så det ikke passerer det næste outputtidspunkt eller trinnets sluttid. Se !TIME_POINTS for inputformatet.

Relaterede emner¶

• Analysetyper — Oversigt over analysetyper såsom statisk analyse, dynamisk analyse og varmeledningsanalyse.
• Ikke-lineær iteration og tidsintegration — Struktur for Newton-iterationer, kontaktiterationer og tidsintegration inden for et deltrin (betydningen af antallet af Newton-iterationer og kontaktiterationer).
• Aktivering/deaktivering af elementer — Sådan vælges den elementaktiveringsstyring, der aktiveres med !STEP.
• Newton-Raphson-metoden (teori) — Teori for den iterative løsningsmetode.
• Konvergenskriterier (teori) — Teori for konvergensmål.
• !STEP, !AUTOINC_PARAM, !TIME_POINTS — Inputformater til trinstyring i strukturelle og dynamiske analyser.
• !DYNAMIC, !HEAT — Inputformater til tidsstyring i dynamiske analyser og varmeledningsanalyser.