Ga naar inhoud

Stapregeling

Structurele analyse met FrontISTR verloopt door randvoorwaarden, belastingen, contact en elementactivering stap voor stap te schakelen. Deze pagina legt de tijdsduur, substeps, convergentiecriteria en de keuze tussen vaste incrementen en automatische incrementen/cutback voor elke stap uit.

Terminologie voor analysetijd

Deze pagina onderscheidt analysetijd met de volgende termen.

  • Huidige tijd: totale verstreken tijd vanaf het begin van de analyse.
  • Staptijd: verstreken tijd vanaf het begin van de huidige stap.
  • Tijdsduur: de analysetijd die in één stap wordt voortbewogen.
  • Relatieve tijd: staptijd gedeeld door de tijdsduur. Deze is 0 aan het begin van de stap en 1 aan het einde van de stap.
  • Tijdsincrement: increment van de huidige tijd naar het volgende tijdstip waarop het evenwicht wordt opgelost.

Definities van termen gerelateerd aan analysetijd

Figuur 4.7.1 Definities van termen gerelateerd aan analysetijd

Functieoverzicht

Stapregeling is georganiseerd volgens de volgende aspecten.

Aspect Rol Belangrijkste specificatie
Incrementmethode Bepaalt of een stap met vaste incrementen voortgaat of dat het tijdsincrement wordt aangepast op basis van convergentie !STEP
Staptype Bepaalt of de stap een statische analyse of een viskeuze analyse inclusief visco-elasticiteit of kruip is (een aparte instelling ten opzichte van het analysetype in !SOLUTION; alleen geldig voor statische analyse en niet geraadpleegd bij dynamische analyse) !STEP
Te activeren voorwaarden Selecteert groepen randvoorwaarden, belastingen, contact en elementactivering voor elke stap Gegevensregels van !STEP
Convergentiecriteria Past criteria zoals residuen, Lagrange-multiplicatoren en verplaatsingsincrementen voor elke stap aan !STEP
Uitvoertijd Specificeert tijdstippen waarop berekening en uitvoer moeten plaatsvinden wanneer automatische incrementen worden gebruikt !TIME_POINTS en !STEP

Voor statische analyse kunnen vaste incrementen of automatische incrementen/cutback worden geselecteerd. Bij dynamische analyse kunnen voorwaarden ook worden geschakeld met meerdere !STEP-items en wordt aanbevolen zowel het vaste tijdsincrement als de staptijdsduur met !STEP op te geven. In !DYNAMIC worden n_step en t_delta als standaardwaarden behandeld wanneer !STEP is weggelaten of voor achterwaartse compatibiliteit. Automatische incrementen/cutback kunnen worden gebruikt met niet-lineaire impliciete methoden. Tijdregeling voor warmtegeleidingsanalyse wordt niet door !STEP maar door de tijdstapspecificatie in !HEAT afgehandeld.

Voorwaarden die in een stap worden geactiveerd, worden via groeps-ID opgegeven. Omdat randvoorwaarden, belastingen, contact en elementactivering per stap kunnen worden geschakeld, kunnen gefaseerde belasting, het schakelen van contactvoorwaarden en analyses met bouwfasen in één analysebesturingsbestand worden weergegeven. Zie Elementactivering/-deactivering voor de selectie van modi voor elementactivering/-deactivering.

Stapregeling kiezen

Kies de incrementmethode op basis van de niet-lineariteit van de analyse en de vereiste uitvoertijden.

  • Voor lineaire analyses of analyses die in één stap worden voltooid, is gedetailleerde afstelling van de incrementregeling vaak niet nodig.
  • Voor niet-lineaire statische analyses waarin belastingen en responsen vloeiend variëren, zijn vaste incrementen vaak voldoende. Verklein het tijdsincrement als convergentie moeilijk is.
  • Voor analyses met het ontstaan of verdwijnen van contact, voortgang van vloeien, grote vervorming of abrupte veranderingen in materiaalniet-lineariteit moeten automatische incrementen/cutback eerst worden overwogen. Incrementen kunnen worden vergroot in gebieden die gemakkelijk convergeren en verkleind in gebieden die moeilijk convergeren.
  • Als resultaten op specifieke tijdstippen vereist zijn bij gebruik van automatische incrementen, gebruik dan ook een lijst met uitvoertijden.

Stel convergentiecriteria af om analysestabiliteit en rekentijd in evenwicht te brengen. Strengere convergentiecriteria verbeteren de evenwichtsnauwkeurigheid maar verhogen het aantal iteraties. In analyses met contact of Lagrange-multiplicatoren beïnvloeden naast het gewone residucriterium ook het aantal contactiteraties en het Lagrange-multiplicatorcriterium het verloop van de berekening.

Stapregeling voor statische analyse

Statische analyse bestaat uit één of meer analysestappen. De iteratie over stappen wordt de staplus genoemd en de iteratie die één stap oplost door deze in tijdsincrementen te verdelen, wordt de substeplus genoemd. Bij elke substep wordt het evenwicht berekend met de belastingsfactor, randvoorwaarden, contacttoestand en andere voorwaarden op het opgegeven tijdstip.

Bij vaste incrementen gaat het tijdsincrement binnen de stap vooruit met de opgegeven waarde. Als convergentie mislukt, eindigt de analyse op dat punt.

Bij automatische incrementen/cutback wordt de volgende basiswaarde van het tijdsincrement dtime_base bijgewerkt vanuit de convergentiestatus van de voorafgaande substep. Als convergentie mislukt, wordt de eerder opgeslagen toestand hersteld en wordt hetzelfde tijdsbereik opnieuw berekend met een kleiner tijdsincrement.

Stroom van incrementregeling

Figuur 4.7.2 Stroom van incrementregeling

De stroom van automatische incrementen/cutback is als volgt.

  1. Aan het begin van een stap wordt het initiële tijdsincrement gebruikt als dtime_base.
  2. Bepaal het werkelijke tijdsincrement zodat het de eindtijd van de stap of de volgende uitvoertijd niet passeert.
  3. Bereken het evenwicht op het tijdstip dat vanaf de huidige tijd met het tijdsincrement is voortbewogen.
  4. Als de berekening convergeert, ga dan in de tijd vooruit en vergroot of verklein de volgende dtime_base volgens de convergentiestatus.
  5. Als de berekening niet convergeert, herstel dan de toestand, verklein dtime_base met de cutback-reductieverhouding en bereken opnieuw.
  6. Wanneer de huidige tijd de eindtijd van de stap bereikt, voltooi die stap.

Of het increment wordt vergroot of verkleind, wordt bepaald uit de iteratiestatus van de voorafgaande substep. De drie representatieve grootheden die voor deze beslissing worden gebruikt, zijn als volgt.

Grootheid Betekenis
N_max Maximaal aantal Newton-methode-iteraties
N_sum Totaal aantal Newton-methode-iteraties; gelijk aan N_max wanneer er geen contactiteraties zijn
N_cont Aantal contactiteraties

Als de toestand waarin een van N_max, N_sum of N_cont zijn drempel aan de verlagingszijde overschrijdt het opgegeven aantal keren aanhoudt, wordt het tijdsincrement verkleind. Omgekeerd wordt het tijdsincrement vergroot als de toestand waarin alle drie binnen hun drempels aan de verhogingszijde blijven het opgegeven aantal keren aanhoudt. Bij vergroting wordt het increment zo aangepast dat het de bovengrens niet overschrijdt.

Bij automatische incrementen/cutback eindigt de analyse in de volgende gevallen als mislukt.

  • De bovengrens van het aantal substeps wordt bereikt vóór de eindtijd van de stap.
  • De basiswaarde van het tijdsincrement daalt onder de ondergrens van het tijdsincrement.
  • De bovengrens van opeenvolgende cutbacks wordt bereikt.

Het volgende voorbeeld schakelt automatische incrementen in en stelt een initieel tijdsincrement van 0.01, een staptijdsduur van 2.5, een ondergrens voor het tijdsincrement van 1E-5, een bovengrens van 0.3 en maximaal 200 substeps in. Automatische-incrementparameterset AP1 en uitvoertijdlijst TP1, die totale tijden 1.5, 2.7 en 3.9 bevat, worden aan de stap toegewezen.

!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

Zie !STEP, !AUTOINC_PARAM en !TIME_POINTS voor het invoerformaat en de standaardwaarde van elke parameter.

Stapregeling voor dynamische analyse

Geef voor directe tijdintegratie bij dynamische analyse de oplossingsmethode en tijdintegratieparameters op met !DYNAMIC, en geef analysestappen, randvoorwaarde- en belastingsgroepen en de incrementmethode op met !STEP. Als !STEP wordt weggelaten, wordt de analyse behandeld als een analyse met één stap waarin alle randvoorwaarden en belastingen actief zijn.

Geef bij vaste incrementen op de tweede regel van !STEP DTIME, ETIME op om het tijdsincrement en de staptijdsduur voor elke stap te regelen. Door meerdere !STEP-items te definiëren kunnen de actieve randvoorwaarde- en belastingsgroepen per stap worden geschakeld. In !DYNAMIC worden t_delta en n_step als standaardwaarden behandeld voor oude invoer met één stap waarin !STEP is weggelaten en voor achterwaartse compatibiliteit. Voor nieuwe invoer wordt aanbevolen de tijdvoorwaarden expliciet met !STEP op te geven, ook wanneer vaste incrementen worden gebruikt.

Geef bij gebruik van automatische incrementen !STEP, INC_TYPE=AUTO op en geef op de gegevensregel van !STEP het initiële tijdsincrement, de staptijdsduur, de ondergrens en de bovengrens van het tijdsincrement op. Bij een niet-lineaire impliciete methode wordt het tijdsincrement vergroot of verkleind volgens de toestand van Newton- en contactiteraties; als convergentie mislukt, wordt de voorafgaande toestand hersteld en wordt de berekening herhaald met een kleiner tijdsincrement.

In !STEP is TYPE (STATIC/VISCO) de schakelaar voor de tijdsafhankelijkheid van materiaal voor de stap en alleen geldig voor statische analyse. Bij dynamische analyse wordt deze niet geraadpleegd en wordt het tijdsincrement altijd als werkelijke tijd behandeld; daarom heeft het opgeven in !STEP van TYPE bij dynamische analyse geen effect.

De tijdintegratiemethode en coëfficiënten zoals die van de Newmark-β-methode worden opgegeven met !DYNAMIC. Zie voor het invoerformaat !DYNAMIC en !STEP.

Stapregeling voor warmtegeleidingsanalyse

De tijdstap voor warmtegeleidingsanalyse wordt opgegeven met !HEAT. !HEAT specificeert een reeks waarden, waaronder de tijdstap, eindtijd, minimale tijdstap, maximale temperatuurverandering, het aantal iteraties en het convergentiecriterium.

Tijdregeling voor warmtegeleidingsanalyse werkt via een mechanisme dat losstaat van !STEP, INC_TYPE=AUTO voor structurele statische analyse. Gebruik daarom bij het aanpassen van de tijdstap in warmtegeleidingsanalyse niet !STEP, maar de !HEAT-specificatie. Zie !HEAT voor het invoerformaat.

Uitvoertijden opgeven

Omdat het tijdsincrement bij automatische incrementen verandert volgens de convergentie, zijn de tijdstippen waarop resultaten worden uitgevoerd mogelijk niet vooraf bekend. !TIME_POINTS is een lijst van tijdstippen die wordt gebruikt om het tijdsincrement zo aan te passen dat op de opgegeven tijdstippen altijd evenwicht wordt berekend en resultaten kunnen worden uitgevoerd.

Een tijdlijst kan worden opgegeven als totale tijd vanaf het begin van de analyse of als staptijd vanaf het begin van de stap. Gebruik totale tijd wanneer gemeenschappelijke tijdstippen over meerdere stappen worden opgegeven en staptijd wanneer voor elke stap dezelfde relatieve uitvoerposities worden opgegeven.

Voor elke stap wordt vanuit !STEP verwezen naar de te gebruiken tijdlijst. Bij gebruik samen met automatische incrementen wordt het tijdsincrement verkort zodat het de volgende uitvoertijd of de eindtijd van de stap niet passeert. Zie !TIME_POINTS voor het invoerformaat.

Gerelateerde onderwerpen

AI-assisted translation May contain errors Official docs Status