Sari la conținut

Controlul pașilor

Analiza structurală FrontISTR avansează prin comutarea, pas cu pas, a condițiilor de frontieră, sarcinilor, contactului și activării elementelor. Această pagină explică intervalul de timp, subpașii, criteriile de convergență și modul de alegere, pentru fiecare pas, între incrementarea fixă și incrementarea automată/cutback.

Terminologia timpului de analiză

Pe această pagină, timpul de analiză este diferențiat folosind următorii termeni.

  • Timp curent: timpul total scurs de la începutul analizei.
  • Timpul pasului: timpul scurs de la începutul pasului curent.
  • Interval de timp: timpul de analiză parcurs într-un singur pas.
  • Timp relativ: timpul pasului împărțit la intervalul de timp. Este 0 la începutul pasului și 1 la sfârșitul acestuia.
  • Increment de timp: incrementul de la timpul curent până la următorul moment la care se rezolvă echilibrul.

Definițiile termenilor referitori la timpul de analiză

Figura 4.7.1 Definițiile termenilor referitori la timpul de analiză

Prezentare generală a funcției

Controlul pașilor este organizat după următoarele aspecte.

Aspect Rol Specificație principală
Metoda de incrementare Stabilește dacă pasul avansează cu incremente fixe sau dacă incrementul de timp este ajustat în funcție de convergență !STEP
Tipul pasului Stabilește dacă pasul este o analiză statică sau o analiză vâscoasă care include vâscoelasticitate ori fluaj (setare separată de tipul analizei din !SOLUTION; valabilă numai pentru analiza statică și neutilizată în analiza dinamică) !STEP
Condiții de activat Selectează pentru fiecare pas grupurile de condiții de frontieră, sarcini, contact și activare a elementelor Liniile de date ale !STEP
Criterii de convergență Ajustează pentru fiecare pas criterii precum reziduurile, multiplicatorii Lagrange și incrementele de deplasare !STEP
Timp de ieșire Specifică momentele la care trebuie efectuate calculul și ieșirea atunci când sunt utilizate incremente automate !TIME_POINTS și !STEP

Pentru analiza statică se pot selecta incremente fixe sau incremente automate/cutback. În analiza dinamică, condițiile pot fi de asemenea comutate folosind mai multe intrări !STEP, iar pentru incrementarea fixă se recomandă specificarea atât a incrementului de timp, cât și a intervalului de timp al pasului prin !STEP. În !DYNAMIC, n_step și t_delta sunt tratate drept valori implicite atunci când !STEP este omis sau pentru compatibilitate retroactivă. Incrementele automate/cutback pot fi utilizate cu metode implicite neliniare. Controlul timpului pentru analiza de conducție termică nu este gestionat prin !STEP, ci prin specificarea pasului de timp în !HEAT.

Condițiile activate într-un pas sunt specificate prin ID-ul grupului. Deoarece condițiile de frontieră, sarcinile, contactul și activarea elementelor pot fi comutate de la un pas la altul, încărcarea etapizată, comutarea condițiilor de contact și analizele cu secvențe de construcție pot fi reprezentate într-un singur fișier de control al analizei. Pentru selectarea modurilor de activare/dezactivare a elementelor, consultați Activarea/dezactivarea elementelor.

Alegerea controlului pașilor

Alegeți metoda de incrementare în funcție de neliniaritatea analizei și de momentele de ieșire necesare.

  • Pentru analize liniare sau analize finalizate într-un singur pas, ajustarea detaliată a controlului incrementelor este adesea inutilă.
  • Pentru analize statice neliniare în care sarcinile și răspunsurile variază lin, incrementele fixe sunt adesea suficiente. Dacă apar dificultăți de convergență, reduceți incrementul de timp.
  • Pentru analize care implică apariția sau eliberarea contactului, evoluția curgerii plastice, deformații mari ori schimbări bruște ale neliniarității materialului, trebuie luate mai întâi în considerare incrementele automate/cutback. Incrementele pot fi mărite în regiunile cu convergență ușoară și micșorate în cele dificil de convergent.
  • Dacă sunt necesare rezultate la momente specifice în timp ce se utilizează incremente automate, folosiți împreună cu acestea o listă a momentelor de ieșire.

Ajustați criteriile de convergență pentru a echilibra stabilitatea analizei și timpul de calcul. Înăsprirea criteriilor de convergență îmbunătățește precizia echilibrului, dar mărește numărul de iterații. În analizele care implică contact sau multiplicatori Lagrange, nu doar criteriul obișnuit al reziduului, ci și numărul iterațiilor de contact și criteriul multiplicatorului Lagrange influențează desfășurarea calculului.

Controlul pașilor pentru analiza statică

Analiza statică este alcătuită din unul sau mai mulți pași de analiză. Iterația peste pași se numește bucla pașilor, iar iterația care rezolvă un pas împărțindu-l în incremente de timp se numește bucla subpașilor. La fiecare subpas, echilibrul este calculat folosind factorul de sarcină, condițiile de frontieră, starea contactului și celelalte condiții la momentul specificat.

Cu incremente fixe, incrementul de timp din cadrul pasului avansează cu valoarea specificată. Dacă convergența eșuează, analiza se încheie în acel punct.

Cu incremente automate/cutback, următoarea valoare de bază a incrementului de timp dtime_base este actualizată pe baza stării de convergență a subpasului precedent. Dacă convergența eșuează, starea salvată anterior este restaurată, iar același interval de timp este recalculat cu un increment de timp mai mic.

Fluxul controlului incrementelor

Figura 4.7.2 Fluxul controlului incrementelor

Fluxul incrementelor automate/cutback este următorul.

  1. La începutul unui pas, incrementul inițial de timp este utilizat ca dtime_base.
  2. Se determină incrementul de timp efectiv astfel încât să nu depășească timpul de sfârșit al pasului sau următorul moment de ieșire.
  3. Se calculează echilibrul la momentul obținut prin avansarea timpului curent cu incrementul de timp.
  4. Dacă calculul converge, se avansează timpul și se mărește sau se micșorează următorul dtime_base în funcție de starea de convergență.
  5. Dacă calculul nu converge, se restaurează starea, se reduce dtime_base folosind raportul de reducere cutback și se recalculează.
  6. Când timpul curent ajunge la timpul de sfârșit al pasului, pasul se încheie.

Decizia de a mări sau micșora incrementul se bazează pe starea iterațiilor din subpasul precedent. Cele trei mărimi reprezentative utilizate pentru această decizie sunt următoarele.

Mărime Semnificație
N_max Numărul maxim de iterații ale metodei Newton
N_sum Numărul total de iterații ale metodei Newton; egal cu N_max când nu există iterații de contact
N_cont Numărul de iterații de contact

Dacă starea în care oricare dintre N_max, N_sum sau N_cont depășește pragul de reducere persistă de numărul specificat de ori, incrementul de timp este redus. Invers, dacă starea în care toate cele trei rămân în limitele pragurilor de creștere persistă de numărul specificat de ori, incrementul de timp este mărit. La creștere, incrementul este ajustat astfel încât să nu depășească limita superioară.

Cu incremente automate/cutback, analiza se încheie cu eșec în următoarele cazuri.

  • Se atinge limita superioară a numărului de subpași înainte de timpul de sfârșit al pasului.
  • Valoarea de bază a incrementului de timp scade sub limita inferioară a incrementului de timp.
  • Se atinge limita superioară a numărului de cutback-uri consecutive.

Exemplul următor activează incrementele automate și stabilește un increment inițial de timp de 0,01, un interval de timp al pasului de 2,5, o limită inferioară a incrementului de timp de 1E-5, o limită superioară de 0,3 și maximum 200 de subpași. Setul de parametri pentru incrementare automată AP1 și lista momentelor de ieșire TP1, care conține timpii totali 1,5, 2,7 și 3,9, sunt atribuite pasului.

!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

Pentru formatul de intrare și valoarea implicită a fiecărui parametru, consultați !STEP, !AUTOINC_PARAM și !TIME_POINTS.

Controlul pașilor pentru analiza dinamică

Pentru integrarea directă în timp în analiza dinamică, metoda de rezolvare și parametrii integrării în timp se specifică prin !DYNAMIC, iar pașii de analiză, grupurile de condiții de frontieră și sarcini și metoda de incrementare prin !STEP. Dacă !STEP este omis, analiza este tratată ca o analiză într-un singur pas, în care toate condițiile de frontieră și sarcinile sunt active.

Cu incremente fixe, pe a doua linie a !STEP se specifică DTIME, ETIME pentru a controla incrementul de timp și intervalul de timp al fiecărui pas. Definirea mai multor intrări !STEP permite comutarea pe pași a grupurilor active de condiții de frontieră și sarcini. În !DYNAMIC, t_delta și n_step sunt tratate drept valori implicite pentru intrările vechi cu un singur pas în care !STEP este omis și pentru compatibilitate retroactivă. Pentru intrări noi, se recomandă specificarea explicită a condițiilor de timp prin !STEP chiar și atunci când se folosesc incremente fixe.

La utilizarea incrementelor automate, se specifică !STEP, INC_TYPE=AUTO, iar pe linia de date !STEP se furnizează incrementul inițial de timp, intervalul de timp al pasului, limita inferioară și limita superioară ale incrementului de timp. Cu o metodă implicită neliniară, incrementul de timp este mărit sau micșorat în funcție de starea iterațiilor Newton și a iterațiilor de contact; dacă convergența eșuează, starea precedentă este restaurată și calculul se repetă cu un increment de timp mai mic.

În !STEP, TYPE (STATIC/VISCO) este comutatorul dependenței de timp a materialului pentru pas și este valabil numai pentru analiza statică. Nu este utilizat în analiza dinamică, unde incrementul de timp este tratat întotdeauna ca timp fizic; prin urmare, specificarea TYPE din !STEP în analiza dinamică nu are efect.

Metoda de integrare în timp și coeficienți precum cei ai metodei Newmark-β se specifică prin !DYNAMIC. Pentru formatul de intrare, consultați !DYNAMIC și !STEP.

Controlul pașilor pentru analiza de conducție termică

Pasul de timp pentru analiza de conducție termică este specificat prin !HEAT. !HEAT specifică un set de valori care include pasul de timp, timpul final, pasul de timp minim, variația maximă a temperaturii, numărul de iterații și criteriul de convergență.

Controlul timpului pentru analiza de conducție termică funcționează printr-un mecanism separat de !STEP, INC_TYPE=AUTO utilizat în analiza statică structurală. Prin urmare, la ajustarea pasului de timp în analiza de conducție termică, nu utilizați !STEP; utilizați specificația !HEAT. Pentru formatul de intrare, consultați !HEAT.

Specificarea momentelor de ieșire

Deoarece incrementul de timp se modifică în funcție de convergență atunci când sunt utilizate incremente automate, momentele la care sunt scoase rezultatele pot să nu fie cunoscute în avans. !TIME_POINTS este o listă de momente utilizată pentru ajustarea incrementului de timp astfel încât echilibrul să fie întotdeauna calculat, iar rezultatele să poată fi produse la momentele specificate.

O listă de timp poate fi specificată fie ca timp total de la începutul analizei, fie ca timp al pasului de la începutul acestuia. Utilizați timpul total când specificați momente comune mai multor pași și timpul pasului când specificați aceleași poziții relative de ieșire pentru fiecare pas.

Pentru fiecare pas, lista de timp utilizată este referită din !STEP. Când este folosită împreună cu incremente automate, incrementul de timp este scurtat astfel încât să nu depășească următorul moment de ieșire sau timpul de sfârșit al pasului. Pentru formatul de intrare, consultați !TIME_POINTS.

Subiecte conexe

AI-assisted translation May contain errors Official docs Status