Przejdź do treści

Sterowanie krokami

Analiza strukturalna FrontISTR przebiega poprzez przełączanie warunków brzegowych, obciążeń, kontaktu i aktywacji elementów krok po kroku. Na tej stronie opisano przedział czasu, podkroki, kryteria zbieżności oraz sposób wyboru między stałymi przyrostami a automatycznymi przyrostami/cutback dla każdego kroku.

Terminologia czasu analizy

Na tej stronie rozróżnia się czas analizy za pomocą następujących terminów.

  • Czas bieżący: całkowity czas, który upłynął od początku analizy.
  • Czas kroku: czas, który upłynął od początku bieżącego kroku.
  • Przedział czasu: czas analizy realizowany w jednym kroku.
  • Czas względny: czas kroku podzielony przez przedział czasu. Na początku kroku wynosi 0, a na końcu kroku 1.
  • Przyrost czasu: przyrost od czasu bieżącego do następnej chwili, dla której rozwiązywany jest stan równowagi.

Definicje terminów związanych z czasem analizy

Rysunek 4.7.1 Definicje terminów związanych z czasem analizy

Przegląd funkcji

Sterowanie krokami jest zorganizowane według następujących aspektów.

Aspekt Rola Główna specyfikacja
Metoda przyrostu Określa, czy krok postępuje ze stałymi przyrostami, czy też przyrost czasu jest dostosowywany na podstawie zbieżności !STEP
Typ kroku Określa, czy krok jest analizą statyczną, czy analizą lepką obejmującą lepkosprężystość lub pełzanie (ustawienie odrębne od typu analizy w !SOLUTION; ważne tylko dla analizy statycznej i nieuwzględniane w analizie dynamicznej) !STEP
Warunki do aktywacji Wybiera grupy warunków brzegowych, obciążeń, kontaktu i aktywacji elementów dla każdego kroku Wiersze danych !STEP
Kryteria zbieżności Dostosowuje kryteria, takie jak residua, mnożniki Lagrange’a i przyrosty przemieszczeń, dla każdego kroku !STEP
Czas wyjścia Określa chwile, w których muszą zostać wykonane obliczenia i zapis wyników podczas używania automatycznych przyrostów !TIME_POINTS i !STEP

Dla analizy statycznej można wybrać stałe przyrosty lub automatyczne przyrosty/cutback. W analizie dynamicznej warunki można również przełączać za pomocą wielu wpisów !STEP, a zaleca się określenie zarówno stałego przyrostu czasu, jak i przedziału czasu kroku w !STEP. W !DYNAMIC wartości n_step i t_delta są traktowane jako domyślne, gdy !STEP pominięto lub ze względu na zgodność wsteczną. Automatyczne przyrosty/cutback mogą być używane z nieliniowymi metodami niejawnymi. Sterowanie czasem w analizie przewodzenia ciepła odbywa się nie przez !STEP, lecz przez specyfikację kroku czasowego w !HEAT.

Warunki aktywowane w kroku są określane przez identyfikator grupy. Ponieważ warunki brzegowe, obciążenia, kontakt i aktywacja elementów mogą być przełączane według kroków, w jednym pliku sterowania analizą można odwzorować etapowe obciążanie, przełączanie warunków kontaktu oraz analizy obejmujące sekwencje budowy. Informacje o wyborze trybów aktywacji/dezaktywacji elementów znajdują się w sekcji Aktywacja/dezaktywacja elementów.

Wybór sterowania krokami

Wybierz metodę przyrostu na podstawie nieliniowości analizy i wymaganych czasów wyjścia.

  • W analizach liniowych lub analizach wykonywanych w jednym kroku szczegółowe dostrajanie sterowania przyrostem często nie jest potrzebne.
  • W nieliniowych analizach statycznych, w których obciążenia i odpowiedzi zmieniają się płynnie, stałe przyrosty są często wystarczające. Jeśli uzyskanie zbieżności jest trudne, zmniejsz przyrost czasu.
  • W analizach obejmujących pojawienie się lub zwolnienie kontaktu, rozwój uplastycznienia, duże odkształcenia lub gwałtowne zmiany nieliniowości materiału należy w pierwszej kolejności rozważyć automatyczne przyrosty/cutback. Przyrosty można zwiększać w obszarach łatwo zbieżnych i zmniejszać w obszarach trudnych do uzyskania zbieżności.
  • Jeśli podczas używania automatycznych przyrostów wyniki są wymagane w określonych chwilach, użyj razem z nimi listy czasów wyjścia.

Dostosuj kryteria zbieżności, aby zrównoważyć stabilność analizy i czas obliczeń. Zaostrzenie kryteriów zbieżności poprawia dokładność równowagi, ale zwiększa liczbę iteracji. W analizach obejmujących kontakt lub mnożniki Lagrange’a na przebieg obliczeń wpływa nie tylko zwykłe kryterium residuum, lecz także liczba iteracji kontaktu i kryterium mnożnika Lagrange’a.

Sterowanie krokami w analizie statycznej

Analiza statyczna składa się z jednego lub większej liczby kroków analizy. Iteracja po krokach jest nazywana pętlą kroków, a iteracja rozwiązująca jeden krok przez podział na przyrosty czasu — pętlą podkroków. W każdym podkroku równowaga jest obliczana z użyciem współczynnika obciążenia, warunków brzegowych, stanu kontaktu i innych warunków w określonej chwili.

Przy stałych przyrostach przyrost czasu w obrębie kroku zwiększa się o określoną wartość. Jeśli zbieżność nie zostanie osiągnięta, analiza kończy się w tym miejscu.

Przy automatycznych przyrostach/cutback następna bazowa wartość przyrostu czasu dtime_base jest aktualizowana na podstawie stanu zbieżności poprzedniego podkroku. Jeśli zbieżność nie zostanie osiągnięta, wcześniej zapisany stan jest przywracany, a ten sam zakres czasu jest obliczany ponownie z mniejszym przyrostem czasu.

Przebieg sterowania przyrostem

Rysunek 4.7.2 Przebieg sterowania przyrostem

Przebieg automatycznych przyrostów/cutback jest następujący.

  1. Na początku kroku początkowy przyrost czasu jest używany jako dtime_base.
  2. Wyznacz rzeczywisty przyrost czasu tak, aby nie przekroczyć końca kroku ani następnego czasu wyjścia.
  3. Oblicz równowagę w chwili uzyskanej przez zwiększenie czasu bieżącego o przyrost czasu.
  4. Jeśli obliczenie osiągnie zbieżność, przesuń czas i zwiększ lub zmniejsz następne dtime_base zgodnie ze stanem zbieżności.
  5. Jeśli obliczenie nie osiągnie zbieżności, przywróć stan, zmniejsz dtime_base przy użyciu współczynnika redukcji cutback i wykonaj obliczenie ponownie.
  6. Gdy czas bieżący osiągnie koniec kroku, zakończ ten krok.

Decyzja o zwiększeniu lub zmniejszeniu przyrostu jest podejmowana na podstawie stanu iteracji poprzedniego podkroku. Trzy reprezentatywne wielkości używane do tej decyzji są następujące.

Wielkość Znaczenie
N_max Maksymalna liczba iteracji metody Newtona
N_sum Łączna liczba iteracji metody Newtona; równa N_max, gdy nie ma iteracji kontaktu
N_cont Liczba iteracji kontaktu

Jeśli stan, w którym dowolna z wartości N_max, N_sum lub N_cont przekracza próg po stronie zmniejszania, utrzymuje się przez określoną liczbę razy, przyrost czasu jest zmniejszany. I odwrotnie, jeśli stan, w którym wszystkie trzy wartości pozostają w granicach progów po stronie zwiększania, utrzymuje się przez określoną liczbę razy, przyrost czasu jest zwiększany. Przy zwiększaniu przyrost jest dostosowywany tak, aby nie przekroczyć górnej granicy.

Przy automatycznych przyrostach/cutback analiza kończy się niepowodzeniem w następujących przypadkach.

  • Górna granica liczby podkroków zostaje osiągnięta przed końcem kroku.
  • Bazowa wartość przyrostu czasu spada poniżej dolnej granicy przyrostu czasu.
  • Osiągnięta zostaje górna granica liczby kolejnych cutback.

Poniższy przykład włącza automatyczne przyrosty i ustawia początkowy przyrost czasu na 0.01, przedział czasu kroku na 2.5, dolną granicę przyrostu czasu na 1E-5, górną granicę przyrostu czasu na 0.3 oraz maksymalnie 200 podkroków. Do kroku przypisano zestaw parametrów automatycznego przyrostu AP1 oraz listę czasów wyjścia TP1, zawierającą czasy całkowite 1.5, 2.7 i 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

Format danych wejściowych i wartości domyślne poszczególnych parametrów opisano w !STEP, !AUTOINC_PARAM i !TIME_POINTS.

Sterowanie krokami w analizie dynamicznej

Dla bezpośredniego całkowania w czasie w analizie dynamicznej określ metodę rozwiązania i parametry całkowania w czasie za pomocą !DYNAMIC, a kroki analizy, grupy warunków brzegowych i obciążeń oraz metodę przyrostu — za pomocą !STEP. Jeśli !STEP pominięto, analiza jest traktowana jako analiza jednokrokowa, w której wszystkie warunki brzegowe i obciążenia są aktywne.

Przy stałych przyrostach w drugim wierszu !STEP określ DTIME, ETIME, aby sterować przyrostem czasu i przedziałem czasu kroku dla każdego kroku. Zdefiniowanie wielu wpisów !STEP umożliwia przełączanie aktywnych grup warunków brzegowych i obciążeń według kroków. W !DYNAMIC wartości t_delta i n_step są traktowane jako domyślne dla starszych jednokrokowych danych wejściowych, w których !STEP pominięto, oraz ze względu na zgodność wsteczną. W nowych danych wejściowych zaleca się jawne określenie warunków czasowych za pomocą !STEP nawet przy użyciu stałych przyrostów.

Przy używaniu automatycznych przyrostów określ !STEP, INC_TYPE=AUTO i podaj początkowy przyrost czasu, przedział czasu kroku, dolną granicę przyrostu czasu i górną granicę przyrostu czasu w wierszu danych !STEP. W nieliniowej metodzie niejawnej przyrost czasu jest zwiększany lub zmniejszany zgodnie ze stanem iteracji Newtona i iteracji kontaktu; jeśli zbieżność nie zostanie osiągnięta, poprzedni stan jest przywracany, a obliczenie jest powtarzane z mniejszym przyrostem czasu.

W !STEP TYPE (STATIC/VISCO) jest przełącznikiem zależności materiału od czasu dla kroku i obowiązuje tylko w analizie statycznej. Nie jest uwzględniany w analizie dynamicznej, gdzie przyrost czasu jest zawsze traktowany jako czas rzeczywisty; dlatego określenie TYPE z !STEP w analizie dynamicznej nie ma wpływu.

Metoda całkowania w czasie oraz współczynniki, takie jak w metodzie Newmarka-β, są określane za pomocą !DYNAMIC. Format danych wejściowych opisano w !DYNAMIC i !STEP.

Sterowanie krokami w analizie przewodzenia ciepła

Krok czasowy dla analizy przewodzenia ciepła jest określany za pomocą !HEAT. !HEAT określa zestaw wartości obejmujący krok czasowy, czas końcowy, minimalny krok czasowy, maksymalną zmianę temperatury, liczbę iteracji i kryterium zbieżności.

Sterowanie czasem w analizie przewodzenia ciepła działa poprzez mechanizm odrębny od !STEP, INC_TYPE=AUTO dla strukturalnej analizy statycznej. Dlatego przy dostosowywaniu kroku czasowego w analizie przewodzenia ciepła nie używaj !STEP; zamiast tego użyj specyfikacji !HEAT. Format danych wejściowych opisano w !HEAT.

Określanie czasów wyjścia

Ponieważ przy użyciu automatycznych przyrostów przyrost czasu zmienia się zależnie od zbieżności, chwile zapisu wyników mogą nie być znane z góry. !TIME_POINTS jest listą czasów używaną do dostosowania przyrostu czasu tak, aby równowaga była zawsze obliczana, a wyniki mogły być zapisywane w określonych chwilach.

Listę czasów można określić jako czas całkowity od początku analizy albo jako czas kroku od początku kroku. Czas całkowity stosuj do określania wspólnych chwil dla wielu kroków, a czas kroku — do określania tych samych względnych położeń wyjścia w każdym kroku.

Dla każdego kroku lista czasów do użycia jest wskazywana z !STEP. Przy użyciu razem z automatycznymi przyrostami przyrost czasu jest skracany tak, aby nie przekroczyć następnego czasu wyjścia ani końca kroku. Format danych wejściowych opisano w !TIME_POINTS.

Tematy powiązane