Askelohjaus¶
FrontISTRin rakenneanalyysi etenee vaihtamalla reunaehtoja, kuormia, kontaktia ja elementtien aktivointia askel kerrallaan. Tällä sivulla selitetään kunkin askeleen aikajakso, aliaskeleet, konvergenssikriteerit sekä kiinteiden inkrementtien ja automaattisten inkrementtien/cutbackin välinen valinta.
Analyysiajan terminologia¶
Tällä sivulla analyysiaikaa kuvataan seuraavilla toisistaan erotettavilla termeillä.
- Nykyinen aika: Analyysin alusta kulunut kokonaisaika.
- Askelajanhetki: Nykyisen askeleen alusta kulunut aika.
- Aikajakso: Yhdessä askeleessa etenevä analyysiaika.
- Suhteellinen aika: Askelajanhetki jaettuna aikajaksolla. Sen arvo on 0 askeleen alussa ja 1 askeleen lopussa.
- Aikainkrementti: Lisäys nykyisestä ajasta seuraavaan ajanhetkeen, jossa tasapaino ratkaistaan.
Toimintojen yleiskuva¶
Askelohjaus jäsennetään seuraavien näkökohtien mukaan.
| Näkökohta | Rooli | Päämääritys |
|---|---|---|
| Inkrementtimenetelmä | Määrittää, eteneekö askel kiintein inkrementein vai säädetäänkö aikainkrementtiä konvergenssin mukaan | !STEP |
| Askeltyyppi | Määrittää, onko askel staattinen analyysi vai viskoelastisuuden tai virumisen sisältävä viskoosi analyysi (erillinen asetus !SOLUTION-komennon analyysityypistä; voimassa vain staattisessa analyysissä eikä sitä käytetä dynaamisessa analyysissä) |
!STEP |
| Aktivoitavat ehdot | Valitsee kullekin askeleelle reunaehtojen, kuormien, kontaktin ja elementtien aktivoinnin ryhmät | !STEP-komennon tietorivit |
| Konvergenssikriteerit | Säätää kullekin askeleelle kriteerejä, kuten residuaaleja, Lagrangen kertoimia ja siirtymäinkrementtejä | !STEP |
| Tulostusaika | Määrittää ajanhetket, joissa laskenta ja tulostus on tehtävä automaattisia inkrementtejä käytettäessä | !TIME_POINTS ja !STEP |
Staattisessa analyysissä voidaan valita kiinteät inkrementit tai automaattiset inkrementit/cutback. Dynaamisessa analyysissä ehtoja voidaan myös vaihtaa useilla !STEP-määrittelyillä, ja sekä kiinteä aikainkrementti että askeleen aikajakso on suositeltavaa määrittää komennolla !STEP. Komennossa !DYNAMIC arvoja n_step ja t_delta käsitellään oletuksina, kun !STEP jätetään pois, sekä taaksepäin yhteensopivuuden vuoksi. Automaattisia inkrementtejä/cutbackia voidaan käyttää epälineaarisilla implisiittisillä menetelmillä. Lämmönjohtavuusanalyysin aikaohjausta käsitellään !STEP-komennon sijasta !HEAT-komennon aika-askelmäärityksellä.
Askeleessa aktivoitavat ehdot määritetään ryhmä-ID:n avulla. Koska reunaehtoja, kuormia, kontaktia ja elementtien aktivointia voidaan vaihtaa askelkohtaisesti, vaiheittainen kuormitus, kontaktiehtojen vaihtaminen ja rakennusvaiheita sisältävät analyysit voidaan esittää yhdessä analyysin ohjaustiedostossa. Elementtien aktivointi-/deaktivointitilojen valinta esitetään kohdassa Elementtien aktivointi/deaktivointi.
Askelohjauksen valinta¶
Valitse inkrementtimenetelmä analyysin epälineaarisuuden ja tarvittavien tulostusaikojen perusteella.
- Lineaarisissa analyyseissä tai yhdessä askeleessa valmistuvissa analyyseissä inkrementtiohjauksen yksityiskohtaista säätöä ei usein tarvita.
- Epälineaarisissa staattisissa analyyseissä, joissa kuormat ja vasteet muuttuvat tasaisesti, kiinteät inkrementit ovat usein riittäviä. Jos konvergenssi on vaikeaa, pienennä aikainkrementtiä.
- Analyyseissä, joissa esiintyy kontaktin syntymistä tai vapautumista, myötämisen etenemistä, suuria muodonmuutoksia tai äkillisiä muutoksia materiaalin epälineaarisuudessa, automaattisia inkrementtejä/cutbackia kannattaa harkita ensisijaisesti. Inkrementtiä voidaan kasvattaa helposti konvergoivilla alueilla ja pienentää vaikeasti konvergoivilla alueilla.
- Jos automaattisia inkrementtejä käytettäessä tarvitaan tuloksia tietyillä ajanhetkillä, käytä niiden kanssa tulostusaikalistaa.
Säädä konvergenssikriteerejä analyysin vakauden ja laskenta-ajan tasapainottamiseksi. Kriteerien tiukentaminen parantaa tasapainon tarkkuutta, mutta lisää iteraatioiden määrää. Kontaktia tai Lagrangen kertoimia sisältävissä analyyseissä laskennan etenemiseen vaikuttavat tavallisen residuaalikriteerin lisäksi kontaktiteraatioiden määrä ja Lagrangen kertoimen kriteeri.
Staattisen analyysin askelohjaus¶
Staattinen analyysi koostuu yhdestä tai useammasta analyysiaskeleesta. Askelten yli tapahtuvaa iterointia kutsutaan askelsilmukaksi, ja yhden askeleen aikainkrementteihin jakamalla ratkaisevaa iterointia aliaskeleiden silmukaksi. Jokaisella aliaskeleella tasapaino lasketaan käyttäen määrätyn ajan kuormakerrointa, reunaehtoja, kontaktitilaa ja muita ehtoja.
Kiinteillä inkrementeillä askeleen sisäinen aikainkrementti etenee määritetyllä arvolla. Jos konvergenssi epäonnistuu, analyysi päättyy siihen.
Automaattisilla inkrementeillä/cutbackilla seuraavan perusaikainkrementin arvo dtime_base päivitetään edellisen aliaskeleen konvergenssitilan perusteella. Jos konvergenssi epäonnistuu, aiemmin tallennettu tila palautetaan ja sama aikaväli lasketaan uudelleen pienemmällä aikainkrementillä.
Automaattisten inkrementtien/cutbackin kulku on seuraava.
- Askeleen alussa alkuperäistä aikainkrementtiä käytetään arvona
dtime_base. - Määritä todellinen aikainkrementti siten, ettei se ylitä askeleen päättymisaikaa tai seuraavaa tulostusaikaa.
- Laske tasapaino ajanhetkessä, johon nykyisestä ajasta on edetty aikainkrementin verran.
- Jos laskenta konvergoi, etene ajassa ja kasvata tai pienennä seuraavaa
dtime_base-arvoa konvergenssitilan mukaan. - Jos laskenta ei konvergoi, palauta tila, pienennä
dtime_base-arvoa cutback-pienennyssuhteella ja laske uudelleen. - Kun nykyinen aika saavuttaa askeleen päättymisajan, päätä kyseinen askel.
Inkrementin kasvattaminen tai pienentäminen päätetään edellisen aliaskeleen iteraatiotilan perusteella. Päätökseen käytetään seuraavia kolmea edustavaa suuretta.
| Suure | Merkitys |
|---|---|
N_max |
Newtonin menetelmän iteraatioiden enimmäismäärä |
N_sum |
Newtonin menetelmän iteraatioiden kokonaismäärä; sama kuin N_max, kun kontaktiteraatioita ei ole |
N_cont |
Kontaktiteraatioiden lukumäärä |
Jos tila, jossa jokin arvoista N_max, N_sum tai N_cont ylittää pienennyspuolen kynnysarvonsa, jatkuu määritetyn määrän kertoja, aikainkrementtiä pienennetään. Vastaavasti jos tila, jossa kaikki kolme pysyvät kasvatuspuolen kynnysarvojensa sisällä, jatkuu määritetyn määrän kertoja, aikainkrementtiä kasvatetaan. Kasvatettaessa inkrementtiä säädetään siten, ettei yläraja ylity.
Automaattisia inkrementtejä/cutbackia käytettäessä analyysi päättyy epäonnistuneena seuraavissa tapauksissa.
- Aliaskeleiden lukumäärän yläraja saavutetaan ennen askeleen päättymisaikaa.
- Perusaikainkrementin arvo alittaa aikainkrementin alarajan.
- Peräkkäisten cutbackien yläraja saavutetaan.
Seuraava esimerkki ottaa automaattiset inkrementit käyttöön ja asettaa alkuperäiseksi aikainkrementiksi 0.01, askeleen aikajaksoksi 2.5, aikainkrementin alarajaksi 1E-5, ylärajaksi 0.3 ja aliaskeleiden enimmäismääräksi 200. Askeleelle määritetään automaattisen inkrementin parametrisarja AP1 ja tulostusaikalista TP1, joka sisältää kokonaisajat 1.5, 2.7 ja 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
Kunkin parametrin syöttömuoto ja oletusarvo esitetään kohdissa !STEP, !AUTOINC_PARAM ja !TIME_POINTS.
Dynaamisen analyysin askelohjaus¶
Dynaamisen analyysin suorassa aikaintegroinnissa ratkaisumenetelmä ja aikaintegrointiparametrit määritetään komennolla !DYNAMIC, ja analyysiaskeleet, reunaehto- ja kuormaryhmät sekä inkrementtimenetelmä komennolla !STEP. Jos !STEP jätetään pois, analyysi käsitellään yksiaskeleisena analyysinä, jossa kaikki reunaehdot ja kuormat ovat aktiivisia.
Kiinteitä inkrementtejä käytettäessä määritä !STEP-komennon toisella rivillä DTIME, ETIME, joilla ohjataan kunkin askeleen aikainkrementtiä ja aikajaksoa. Useiden !STEP-määrittelyjen avulla aktiivisia reunaehto- ja kuormaryhmiä voidaan vaihtaa askelkohtaisesti. Komennossa !DYNAMIC arvoja t_delta ja n_step käsitellään oletuksina vanhassa yksiaskeleisessa syötteessä, jossa !STEP jätetään pois, sekä taaksepäin yhteensopivuuden vuoksi. Uudessa syötteessä aikaehdot on suositeltavaa määrittää eksplisiittisesti komennolla !STEP myös kiinteitä inkrementtejä käytettäessä.
Automaattisia inkrementtejä käytettäessä määritä !STEP, INC_TYPE=AUTO ja anna !STEP-tietorivillä alkuperäinen aikainkrementti, askeleen aikajakso sekä aikainkrementin ala- ja yläraja. Epälineaarisella implisiittisellä menetelmällä aikainkrementtiä kasvatetaan tai pienennetään Newton-iteraatioiden ja kontaktiteraatioiden tilan mukaan; jos konvergenssi epäonnistuu, edellinen tila palautetaan ja laskenta toistetaan pienemmällä aikainkrementillä.
Komennossa !STEP TYPE (STATIC/VISCO) on askeleen materiaalin aikariippuvuuden kytkin ja voimassa vain staattisessa analyysissä. Sitä ei käytetä dynaamisessa analyysissä, jossa aikainkrementti käsitellään aina todellisena aikana; siksi !STEP-komennon TYPE-määrityksellä ei ole vaikutusta dynaamisessa analyysissä.
Aikaintegrointimenetelmä ja esimerkiksi Newmark-β-menetelmän kertoimet määritetään komennolla !DYNAMIC. Syöttömuoto esitetään kohdissa !DYNAMIC ja !STEP.
Lämmönjohtavuusanalyysin askelohjaus¶
Lämmönjohtavuusanalyysin aika-askel määritetään komennolla !HEAT. !HEAT määrittää arvojoukon, johon kuuluvat aika-askel, päättymisaika, vähimmäisaika-askel, lämpötilan enimmäismuutos, iteraatioiden määrä ja konvergenssikriteeri.
Lämmönjohtavuusanalyysin aikaohjaus toimii erillisellä mekanismilla rakenneanalyysin staattisen analyysin !STEP, INC_TYPE=AUTO-mekanismista. Siksi lämmönjohtavuusanalyysin aika-askelta säädettäessä älä käytä !STEP-komentoa, vaan !HEAT-määritystä. Syöttömuoto esitetään kohdassa !HEAT.
Tulostusaikojen määrittäminen¶
Koska aikainkrementti muuttuu konvergenssin mukaan automaattisia inkrementtejä käytettäessä, tulosten tulostusajat eivät välttämättä ole etukäteen tiedossa. !TIME_POINTS on aikalista, jota käytetään aikainkrementin säätämiseen siten, että tasapaino lasketaan aina ja tulokset voidaan tulostaa määritetyillä ajanhetkillä.
Aikalista voidaan määrittää joko analyysin alusta laskettuna kokonaisaikana tai askeleen alusta laskettuna askelaikana. Käytä kokonaisaikaa, kun määrität useille askelille yhteiset ajat, ja askelaikaa, kun määrität kullekin askeleelle samat suhteelliset tulostuskohdat.
Kunkin askeleen käyttämä aikalista viitataan !STEP-komennosta. Automaattisten inkrementtien kanssa käytettäessä aikainkrementtiä lyhennetään siten, ettei se ylitä seuraavaa tulostusaikaa tai askeleen päättymisaikaa. Syöttömuoto esitetään kohdassa !TIME_POINTS.
Aiheeseen liittyvät luvut¶
- Analyysityypit — Yleiskatsaus analyysityyppeihin, kuten staattiseen analyysiin, dynaamiseen analyysiin ja lämmönjohtavuusanalyysiin.
- Epälineaarinen iterointi ja aikaintegrointi — Newton-iteraatioiden, kontaktiteraatioiden ja aikaintegroinnin rakenne aliaskeleen sisällä (Newton-iteraatioiden ja kontaktiteraatioiden määrän merkitys).
- Elementtien aktivointi/deaktivointi —
!STEP-komennolla käyttöön otettavien elementtien aktivointiohjausten valinta. - Newton–Raphsonin menetelmä (teoria) — Iteratiivisen ratkaisumenetelmän teoria.
- Konvergenssikriteerit (teoria) — Konvergenssimittareiden teoria.
- !STEP, !AUTOINC_PARAM, !TIME_POINTS — Rakenne- ja dynaamisten analyysien askelohjauksen syöttömuodot.
- !DYNAMIC, !HEAT — Dynaamisen analyysin ja lämmönjohtavuusanalyysin aikaohjauksen syöttömuodot.