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Controle de etapas

A análise estrutural no FrontISTR avança alternando condições de contorno, cargas, contato e ativação de elementos etapa a etapa. Esta página explica o intervalo de tempo, os subpassos, os critérios de convergência e como escolher entre incrementos fixos e incrementos automáticos/cutback para cada etapa.

Terminologia do tempo de análise

Nesta página, o tempo de análise é distinguido pelos termos a seguir.

  • Tempo atual: tempo total decorrido desde o início da análise.
  • Tempo da etapa: tempo decorrido desde o início da etapa atual.
  • Intervalo de tempo: tempo de análise avançado em uma etapa.
  • Tempo relativo: tempo da etapa dividido pelo intervalo de tempo. É 0 no início da etapa e 1 no final da etapa.
  • Incremento de tempo: incremento do tempo atual até o próximo instante em que o equilíbrio é resolvido.

Definições dos termos relacionados ao tempo de análise

Figura 4.7.1 Definições dos termos relacionados ao tempo de análise

Visão geral das funções

O controle de etapas é organizado pelos seguintes aspectos.

Aspecto Função Especificação principal
Método de incremento Determina se uma etapa avança com incrementos fixos ou se o incremento de tempo é ajustado conforme a convergência !STEP
Tipo de etapa Determina se a etapa é uma análise estática ou uma análise viscosa incluindo viscoelasticidade ou fluência (uma configuração independente do tipo de análise em !SOLUTION; válida somente para análise estática e não consultada em análise dinâmica) !STEP
Condições a ativar Seleciona grupos de condições de contorno, cargas, contato e ativação de elementos para cada etapa Linhas de dados de !STEP
Critérios de convergência Ajusta critérios como resíduos, multiplicadores de Lagrange e incrementos de deslocamento para cada etapa !STEP
Tempo de saída Especifica instantes nos quais o cálculo e a saída devem ocorrer quando são usados incrementos automáticos !TIME_POINTS e !STEP

Para análise estática, podem ser selecionados incrementos fixos ou incrementos automáticos/cutback. Em análise dinâmica, as condições também podem ser alternadas usando várias entradas !STEP, e recomenda-se especificar tanto o incremento de tempo fixo quanto o intervalo de tempo da etapa com !STEP. Em !DYNAMIC, n_step e t_delta são tratados como valores padrão quando !STEP é omitido ou para compatibilidade com versões anteriores. Incrementos automáticos/cutback podem ser usados com métodos implícitos não lineares. O controle de tempo da análise de condução de calor é realizado não por !STEP, mas pela especificação do passo de tempo em !HEAT.

As condições ativadas em uma etapa são especificadas por ID de grupo. Como condições de contorno, cargas, contato e ativação de elementos podem ser alternados por etapa, é possível representar, em um único arquivo de controle da análise, carregamento por estágios, alternância de condições de contato e análises que envolvam sequências construtivas. Para a seleção dos modos de ativação/desativação de elementos, consulte Ativação/desativação de elementos.

Escolha do controle de etapas

Escolha o método de incremento com base na não linearidade da análise e nos instantes de saída necessários.

  • Em análises lineares ou análises concluídas em uma única etapa, normalmente não é necessário ajuste detalhado do controle de incrementos.
  • Em análises estáticas não lineares nas quais cargas e respostas variam suavemente, incrementos fixos costumam ser suficientes. Se houver dificuldade de convergência, reduza o incremento de tempo.
  • Em análises que envolvem início ou liberação de contato, progressão do escoamento, grandes deformações ou mudanças abruptas da não linearidade do material, considere primeiro incrementos automáticos/cutback. Os incrementos podem ser aumentados em regiões de fácil convergência e reduzidos em regiões de difícil convergência.
  • Se forem necessários resultados em instantes específicos ao usar incrementos automáticos, use em conjunto uma lista de tempos de saída.

Ajuste os critérios de convergência equilibrando estabilidade da análise e tempo de cálculo. Tornar os critérios de convergência mais rigorosos melhora a precisão do equilíbrio, mas aumenta o número de iterações. Em análises com contato ou multiplicadores de Lagrange, não apenas o critério comum de resíduo, mas também o número de iterações de contato e o critério do multiplicador de Lagrange afetam o andamento do cálculo.

Controle de etapas para análise estática

A análise estática consiste em uma ou mais etapas de análise. A repetição entre etapas é chamada de loop de etapas, e a repetição que resolve uma etapa dividindo-a em incrementos de tempo é chamada de loop de subpassos. Em cada subpasso, o equilíbrio é calculado usando o fator de carga, as condições de contorno, o estado de contato e outras condições no instante especificado.

Com incrementos fixos, o incremento de tempo dentro da etapa avança pelo valor especificado. Se a convergência falhar, a análise é encerrada nesse ponto.

Com incrementos automáticos/cutback, o próximo valor básico do incremento de tempo dtime_base é atualizado a partir do estado de convergência do subpasso anterior. Se a convergência falhar, o estado salvo anteriormente é restaurado e o mesmo intervalo de tempo é recalculado com um incremento de tempo menor.

Fluxo de controle de incrementos

Figura 4.7.2 Fluxo de controle de incrementos

O fluxo dos incrementos automáticos/cutback é o seguinte.

  1. No início de uma etapa, use o incremento de tempo inicial como dtime_base.
  2. Determine o incremento de tempo efetivo de modo que não ultrapasse o fim da etapa nem o próximo tempo de saída.
  3. Calcule o equilíbrio no instante obtido avançando o tempo atual pelo incremento de tempo.
  4. Se o cálculo convergir, avance o tempo e aumente ou diminua o próximo dtime_base conforme o estado de convergência.
  5. Se o cálculo não convergir, restaure o estado, reduza dtime_base usando a razão de redução do cutback e recalcule.
  6. Quando o tempo atual atingir o fim da etapa, finalize essa etapa.

A decisão de aumentar ou diminuir o incremento é tomada a partir do estado das iterações do subpasso anterior. As três grandezas representativas usadas nessa decisão são as seguintes.

Grandeza Significado
N_max Número máximo de iterações do método de Newton
N_sum Número total de iterações do método de Newton; igual a N_max quando não há iterações de contato
N_cont Número de iterações de contato

Se o estado em que qualquer um de N_max, N_sum ou N_cont excede seu limiar de redução persistir pelo número especificado de vezes, o incremento de tempo é reduzido. Por outro lado, se o estado em que os três permanecem dentro dos respectivos limiares de aumento persistir pelo número especificado de vezes, o incremento de tempo é aumentado. Ao aumentá-lo, o incremento é ajustado para não exceder o limite superior.

Com incrementos automáticos/cutback, a análise termina com falha nos seguintes casos.

  • O limite superior do número de subpassos é atingido antes do fim da etapa.
  • O valor básico do incremento de tempo cai abaixo do limite inferior do incremento de tempo.
  • O limite superior de cutbacks consecutivos é atingido.

O exemplo a seguir habilita incrementos automáticos e define um incremento de tempo inicial de 0.01, intervalo de tempo da etapa de 2.5, limite inferior do incremento de tempo de 1E-5, limite superior de 0.3 e máximo de 200 subpassos. O conjunto de parâmetros de incremento automático AP1 e a lista de tempos de saída TP1, contendo os tempos totais 1.5, 2.7 e 3.9, são atribuídos à etapa.

!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

Para o formato de entrada e o valor padrão de cada parâmetro, consulte !STEP, !AUTOINC_PARAM e !TIME_POINTS.

Controle de etapas para análise dinâmica

Para integração direta no tempo em análise dinâmica, especifique o método de solução e os parâmetros de integração no tempo com !DYNAMIC, e especifique as etapas de análise, os grupos de condições de contorno e de cargas e o método de incremento com !STEP. Se !STEP for omitido, a análise é tratada como uma análise de etapa única na qual todas as condições de contorno e cargas estão ativas.

Com incrementos fixos, na segunda linha de !STEP especifique DTIME, ETIME para controlar o incremento de tempo e o intervalo de tempo da etapa para cada etapa. A definição de várias entradas !STEP permite alternar por etapa os grupos ativos de condições de contorno e de cargas. Em !DYNAMIC, t_delta e n_step são tratados como valores padrão para entradas legadas de etapa única nas quais !STEP é omitido e para compatibilidade com versões anteriores. Para novas entradas, recomenda-se especificar explicitamente as condições de tempo com !STEP mesmo quando são usados incrementos fixos.

Ao usar incrementos automáticos, especifique !STEP, INC_TYPE=AUTO e forneça, na linha de dados de !STEP, o incremento de tempo inicial, o intervalo de tempo da etapa, o limite inferior do incremento de tempo e o limite superior do incremento de tempo. Com um método implícito não linear, o incremento de tempo é aumentado ou reduzido conforme o estado das iterações de Newton e das iterações de contato; se a convergência falhar, o estado anterior é restaurado e o cálculo é repetido com um incremento de tempo menor.

Em !STEP, TYPE (STATIC/VISCO) é a chave de dependência temporal do material para a etapa e é válida somente em análise estática. Ela não é consultada em análise dinâmica, na qual o incremento de tempo é sempre tratado como tempo real; portanto, especificar !STEP com TYPE na análise dinâmica não tem efeito.

O método de integração no tempo e coeficientes como os do método de Newmark-β são especificados com !DYNAMIC. Para o formato de entrada, consulte !DYNAMIC e !STEP.

Controle de etapas para análise de condução de calor

O passo de tempo da análise de condução de calor é especificado com !HEAT. !HEAT especifica um conjunto de valores que inclui passo de tempo, tempo final, passo de tempo mínimo, variação máxima de temperatura, número de iterações e critério de convergência.

O controle de tempo da análise de condução de calor opera por um mecanismo separado de !STEP, INC_TYPE=AUTO da análise estrutural estática. Portanto, ao ajustar o passo de tempo em uma análise de condução de calor, não use !STEP; use a especificação !HEAT. Para o formato de entrada, consulte !HEAT.

Especificação dos tempos de saída

Como o incremento de tempo muda conforme a convergência quando se usam incrementos automáticos, os instantes em que os resultados são produzidos podem não ser conhecidos antecipadamente. !TIME_POINTS é uma lista de tempos usada para ajustar o incremento de tempo de modo que o equilíbrio seja sempre calculado e os resultados possam ser produzidos nos instantes especificados.

Uma lista de tempos pode ser especificada como tempo total desde o início da análise ou como tempo da etapa desde o início da etapa. Use o tempo total ao especificar instantes comuns a várias etapas e o tempo da etapa ao especificar as mesmas posições relativas de saída em cada etapa.

Para cada etapa, a lista de tempos a utilizar é referenciada por !STEP. Quando usada em conjunto com incrementos automáticos, o incremento de tempo é encurtado para não ultrapassar o próximo tempo de saída nem o fim da etapa. Para o formato de entrada, consulte !TIME_POINTS.

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