Trinnstyring¶

FrontISTRs strukturanalyse går frem trinn for trinn ved å bytte randbetingelser, laster, kontakt og elementaktivering. Denne siden forklarer tidsintervallet, deltrinn, konvergenskriterier og hvordan man velger mellom faste inkrementer og automatiske inkrementer/cutback for hvert trinn.

Terminologi for analysetid¶

På denne siden skilles det mellom følgende begreper for analysetid.

• Aktuell tid: Total medgått tid fra analysens start.
• Trinntid: Medgått tid fra starten av det aktuelle trinnet.
• Tidsintervall: Analysetiden som avanseres i ett trinn.
• Relativ tid: Trinntid dividert med tidsintervallet. Den er 0 ved starten av trinnet og 1 ved slutten av trinnet.
• Tidsinkrement: Inkrementet fra aktuell tid til neste tidspunkt der likevekt løses.

Funksjonsoversikt¶

Trinnstyring organiseres etter følgende aspekter.

For statisk analyse kan faste inkrementer eller automatiske inkrementer/cutback velges. I dynamisk analyse kan betingelser også byttes ved hjelp av flere !STEP-oppføringer, og det anbefales å angi både det faste tidsinkrementet og trinnets tidsintervall med !STEP. I !DYNAMIC behandles n_step og t_delta som standardverdier når !STEP er utelatt eller av hensyn til bakoverkompatibilitet. Automatiske inkrementer/cutback kan brukes med ikke-lineære implisitte metoder. Tidsstyring for varmeledningsanalyse håndteres ikke av !STEP, men av tidsstegspesifikasjonen i !HEAT.

Betingelser som aktiveres i et trinn, angis med gruppe-ID. Fordi randbetingelser, laster, kontakt og elementaktivering kan byttes for hvert trinn, kan trinnvis belastning, bytte av kontaktbetingelser og analyser som omfatter byggerekkefølger, representeres i én analysestyringsfil. Se aktivering/deaktivering av elementer for valg av moduser for elementaktivering og -deaktivering.

Valg av trinnstyring¶

Velg inkrementmetoden ut fra analysens ikke-linearitet og de nødvendige utdata-tidspunktene.

• For lineære analyser eller analyser som fullføres i ett enkelt trinn, er detaljert justering av inkrementstyringen ofte unødvendig.
• For ikke-lineære statiske analyser der laster og respons varierer jevnt, er faste inkrementer ofte tilstrekkelige. Hvis konvergensen er vanskelig, reduser tidsinkrementet.
• For analyser som omfatter innkobling eller frigjøring av kontakt, utvikling av flyt, store deformasjoner eller brå endringer i materialets ikke-linearitet, bør automatiske inkrementer/cutback vurderes først. Inkrementet kan økes i områder som konvergerer lett og reduseres i områder der konvergensen er vanskelig.
• Hvis det kreves resultater på bestemte tidspunkter ved bruk av automatiske inkrementer, bruk en liste over utdata-tidspunkter sammen med dem.

Juster konvergenskriteriene for å balansere analysestabilitet og beregningstid. Strammere konvergenskriterier gir bedre likevektsnøyaktighet, men øker antall iterasjoner. I analyser med kontakt eller Lagrange-multiplikatorer påvirkes beregningsforløpet ikke bare av det ordinære residualkriteriet, men også av antall kontaktiterasjoner og kriteriet for Lagrange-multiplikatoren.

Trinnstyring for statisk analyse¶

Statisk analyse består av ett eller flere analysetrinn. Iterasjonen over trinn kalles trinnløkken, og iterasjonen som løser ett trinn ved å dele det inn i tidsinkrementer, kalles deltrinnsløkken. I hvert deltrinn beregnes likevekt ved hjelp av lastfaktoren, randbetingelsene, kontakttilstanden og andre betingelser ved det angitte tidspunktet.

Med faste inkrementer avanserer tidsinkrementet innenfor trinnet med den angitte verdien. Hvis konvergens ikke oppnås, avsluttes analysen på dette tidspunktet.

Med automatiske inkrementer/cutback oppdateres neste basisverdi for tidsinkrementet, dtime_base, ut fra konvergenstilstanden i det foregående deltrinnet. Hvis konvergens ikke oppnås, gjenopprettes den tidligere lagrede tilstanden, og det samme tidsområdet beregnes på nytt med et mindre tidsinkrement.

Flyten for automatiske inkrementer/cutback er som følger.

1. Ved starten av et trinn brukes det innledende tidsinkrementet som dtime_base.
2. Bestem det faktiske tidsinkrementet slik at det ikke passerer trinnets sluttid eller neste utdata-tidspunkt.
3. Beregn likevekt ved tidspunktet som fås ved å avansere aktuell tid med tidsinkrementet.
4. Hvis beregningen konvergerer, avanser tiden og øk eller reduser neste dtime_base ut fra konvergenstilstanden.
5. Hvis beregningen ikke konvergerer, gjenopprett tilstanden, reduser dtime_base ved hjelp av reduksjonsforholdet for cutback, og beregn på nytt.
6. Når aktuell tid når trinnets sluttid, avsluttes trinnet.

Om inkrementet skal økes eller reduseres, avgjøres ut fra iterasjonstilstanden i det foregående deltrinnet. De tre representative størrelsene som brukes i denne avgjørelsen, er som følger.

Hvis en tilstand der én av N_max, N_sum eller N_cont overstiger terskelen på reduksjonssiden, fortsetter det angitte antallet ganger, reduseres tidsinkrementet. Omvendt, hvis en tilstand der alle tre holder seg innenfor tersklene på økningssiden, fortsetter det angitte antallet ganger, økes tidsinkrementet. Ved økning justeres inkrementet slik at øvre grense ikke overskrides.

Med automatiske inkrementer/cutback avsluttes analysen med feil i følgende tilfeller.

• Øvre grense for antall deltrinn nås før trinnets sluttid.
• Basisverdien for tidsinkrementet faller under den nedre grensen for tidsinkrementet.
• Øvre grense for antall påfølgende cutback nås.

Følgende eksempel aktiverer automatiske inkrementer og setter et innledende tidsinkrement på 0.01, et tidsintervall for trinnet på 2.5, en nedre grense for tidsinkrementet på 1E-5, en øvre grense på 0.3 og maksimalt 200 deltrinn. Parametersettet AP1 for automatisk inkrementering og listen TP1 over utdata-tidspunkter, som inneholder totaltidene 1.5, 2.7 og 3.9, tilordnes 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 inndataformat og standardverdi for hver parameter.

Trinnstyring for dynamisk analyse¶

For direkte tidsintegrasjon i dynamisk analyse angis løsningsmetoden og tidsintegrasjonsparametrene med !DYNAMIC, mens analysetrinn, grupper for randbetingelser og laster samt inkrementmetoden angis med !STEP. Hvis !STEP utelates, behandles analysen som en ett-trinnsanalyse der alle randbetingelser og laster er aktive.

Med faste inkrementer angis den andre linjen i !STEP som DTIME, ETIME for å styre tidsinkrementet og trinnets tidsintervall for hvert trinn. Ved å definere flere !STEP-oppføringer kan aktive randbetingelses- og lastgrupper byttes for hvert trinn. I !DYNAMIC behandles t_delta og n_step som standardverdier for eldre ett-trinnsinndata der !STEP er utelatt, og for bakoverkompatibilitet. For nye inndata anbefales det å angi tidsbetingelsene eksplisitt med !STEP også når faste inkrementer brukes.

Ved bruk av automatiske inkrementer angis !STEP, INC_TYPE=AUTO, og det innledende tidsinkrementet, trinnets tidsintervall, nedre grense for tidsinkrementet og øvre grense for tidsinkrementet oppgis på datalinjen til !STEP. Med en ikke-lineær implisitt metode økes eller reduseres tidsinkrementet ut fra tilstanden til Newton-iterasjonene og kontaktiterasjonene. Hvis konvergens ikke oppnås, gjenopprettes den foregående tilstanden, og beregningen gjentas med et mindre tidsinkrement.

I !STEP er TYPE (STATIC/VISCO) bryteren for materialets tidsavhengighet i trinnet og er bare gyldig for statisk analyse. Den brukes ikke i dynamisk analyse, der tidsinkrementet alltid behandles som faktisk tid. I dynamisk analyse har derfor !STEP ingen virkning når TYPE angis.

Tidsintegrasjonsmetoden og koeffisienter som for Newmark-β-metoden angis med !DYNAMIC. Se !DYNAMIC og !STEP for inndataformat.

Trinnstyring for varmeledningsanalyse¶

Tidssteget for varmeledningsanalyse angis med !HEAT. !HEAT angir et sett av verdier som omfatter tidssteg, sluttid, minste tidssteg, maksimal temperaturendring, antall iterasjoner og konvergenskriterium.

Tidsstyringen for varmeledningsanalyse fungerer gjennom en annen mekanisme enn !STEP, INC_TYPE=AUTO for strukturell statisk analyse. Når tidssteget i en varmeledningsanalyse skal justeres, skal derfor ikke !STEP brukes; bruk i stedet spesifikasjonen !HEAT. Se !HEAT for inndataformat.

Angivelse av utdata-tidspunkter¶

Når automatiske inkrementer brukes, endres tidsinkrementet i samsvar med konvergensen, og tidspunktene der resultatene skrives ut, er derfor ikke nødvendigvis kjent på forhånd. !TIME_POINTS er en liste over tidspunkter som brukes til å justere tidsinkrementet slik at likevekt alltid beregnes og resultater kan skrives ut ved de angitte tidspunktene.

En tidsliste kan angis enten som totaltid fra analysens start eller som trinntid fra starten av trinnet. Bruk totaltid når felles tidspunkter skal angis på tvers av flere trinn, og trinntid når de samme relative utdata-posisjonene skal angis for hvert trinn.

For hvert trinn refereres tidslisten som skal brukes, fra !STEP. Når den brukes sammen med automatiske inkrementer, forkortes tidsinkrementet slik at det ikke passerer neste utdata-tidspunkt eller trinnets sluttid. Se !TIME_POINTS for inndataformat.

Relaterte emner¶

• Analysetyper — Oversikt over analysetyper som statisk analyse, dynamisk analyse og varmeledningsanalyse.
• Ikke-lineær iterasjon og tidsintegrasjon — Struktur for Newton-iterasjoner, kontaktiterasjoner og tidsintegrasjon innenfor et deltrinn (betydningen av antall Newton-iterasjoner og kontaktiterasjoner).
• Aktivering/deaktivering av elementer — Hvordan velge elementaktiveringsstyringen som aktiveres av !STEP.
• Newton-Raphson-metoden (teori) — Teorien for den iterative løsningsmetoden.
• Konvergenskriterier (teori) — Teorien for konvergensmål.
• !STEP, !AUTOINC_PARAM, !TIME_POINTS — Inndataformat for trinnstyring i strukturelle og dynamiske analyser.
• !DYNAMIC, !HEAT — Inndataformat for tidsstyring i dynamiske analyser og varmeledningsanalyser.