Riadenie krokov¶

Štrukturálna analýza vo FrontISTR postupuje po krokoch prepínaním okrajových podmienok, zaťažení, kontaktu a aktivácie prvkov. Táto stránka vysvetľuje časový rozsah, podkroky, kritériá konvergencie a spôsob voľby medzi pevnými prírastkami a automatickými prírastkami/cutback pre každý krok.

Terminológia času analýzy¶

Na tejto stránke sa čas analýzy rozlišuje pomocou nasledujúcich pojmov.

• Aktuálny čas: Celkový čas uplynutý od začiatku analýzy.
• Čas kroku: Čas uplynutý od začiatku aktuálneho kroku.
• Časový rozsah: Čas analýzy, o ktorý sa postúpi v jednom kroku.
• Relatívny čas: Čas kroku vydelený časovým rozsahom. Na začiatku kroku je 0 a na konci kroku 1.
• Časový prírastok: Prírastok od aktuálneho času k nasledujúcemu času, v ktorom sa rieši rovnováha.

Prehľad funkcie¶

Riadenie krokov je usporiadané podľa nasledujúcich aspektov.

Pre statickú analýzu možno zvoliť pevné prírastky alebo automatické prírastky/cutback. V dynamickej analýze možno podmienky prepínať aj pomocou viacerých položiek !STEP a odporúča sa pomocou !STEP zadať pevný časový prírastok aj časový rozsah kroku. V !DYNAMIC sa n_step a t_delta považujú za predvolené hodnoty pri vynechaní !STEP alebo pre spätnú kompatibilitu. Automatické prírastky/cutback možno použiť s nelineárnymi implicitnými metódami. Riadenie času pri analýze vedenia tepla sa vykonáva nie pomocou !STEP, ale špecifikáciou časového kroku v !HEAT.

Podmienky aktivované v kroku sa zadávajú pomocou ID skupiny. Keďže okrajové podmienky, zaťaženia, kontakt a aktiváciu prvkov možno prepínať podľa krokov, etapové zaťažovanie, prepínanie kontaktných podmienok a analýzy zahŕňajúce stavebné postupy možno reprezentovať v jednom riadiacom súbore analýzy. Výber režimov aktivácie/deaktivácie prvkov nájdete v Aktivácii/deaktivácii prvkov.

Voľba riadenia krokov¶

Metódu prírastku zvoľte podľa nelinearity analýzy a požadovaných časov výstupu.

• Pri lineárnych analýzach alebo analýzach dokončených v jednom kroku zvyčajne nie je potrebné podrobne nastavovať riadenie prírastkov.
• Pri nelineárnych statických analýzach, v ktorých sa zaťaženia a odozvy menia plynulo, často postačujú pevné prírastky. Ak je konvergencia náročná, zmenšite časový prírastok.
• Pri analýzach zahŕňajúcich vznik alebo uvoľnenie kontaktu, postup plastického tečenia, veľké deformácie alebo náhle zmeny materiálovej nelinearity treba najprv zvážiť automatické prírastky/cutback. Prírastky možno zväčšovať v oblastiach s ľahkou konvergenciou a zmenšovať v oblastiach s ťažkou konvergenciou.
• Ak sú pri použití automatických prírastkov potrebné výsledky v konkrétnych časoch, použite spolu s nimi zoznam časov výstupu.

Kritériá konvergencie nastavte tak, aby vyvažovali stabilitu analýzy a výpočtový čas. Sprísnenie kritérií konvergencie zvyšuje presnosť rovnováhy, ale zvyšuje počet iterácií. V analýzach zahŕňajúcich kontakt alebo Lagrangeove multiplikátory ovplyvňuje priebeh výpočtu nielen bežné kritérium rezídua, ale aj počet kontaktných iterácií a kritérium Lagrangeovho multiplikátora.

Riadenie krokov pri statickej analýze¶

Statická analýza pozostáva z jedného alebo viacerých krokov analýzy. Iterácia cez kroky sa nazýva slučka krokov a iterácia, ktorá rieši jeden krok jeho rozdelením na časové prírastky, sa nazýva slučka podkrokov. V každom podkroku sa rovnováha vypočíta s použitím faktora zaťaženia, okrajových podmienok, kontaktného stavu a ďalších podmienok v zadanom čase.

Pri pevných prírastkoch sa čas v rámci kroku posúva o zadanú hodnotu časového prírastku. Ak konvergencia zlyhá, analýza sa v danom bode ukončí.

Pri automatických prírastkoch/cutback sa nasledujúca základná hodnota časového prírastku dtime_base aktualizuje podľa stavu konvergencie predchádzajúceho podkroku. Ak konvergencia zlyhá, obnoví sa predtým uložený stav a ten istý časový rozsah sa prepočíta s menším časovým prírastkom.

Priebeh automatických prírastkov/cutback je nasledujúci.

1. Na začiatku kroku sa počiatočný časový prírastok použije ako dtime_base.
2. Určte skutočný časový prírastok tak, aby neprekročil čas konca kroku ani nasledujúci čas výstupu.
3. Vypočítajte rovnováhu v čase posunutom od aktuálneho času o časový prírastok.
4. Ak výpočet skonverguje, posuňte čas a podľa stavu konvergencie zväčšite alebo zmenšite nasledujúce dtime_base.
5. Ak výpočet nekonverguje, obnovte stav, zmenšite dtime_base pomocou redukčného pomeru cutback a výpočet zopakujte.
6. Keď aktuálny čas dosiahne čas konca kroku, daný krok ukončite.

O zväčšení alebo zmenšení prírastku sa rozhoduje podľa stavu iterácií v predchádzajúcom podkroku. Tri reprezentatívne veličiny používané na toto rozhodnutie sú nasledujúce.

Ak stav, v ktorom ktorákoľvek z hodnôt N_max, N_sum alebo N_cont prekračuje prah pre zmenšenie, trvá zadaný počet opakovaní, časový prírastok sa zmenší. Naopak, ak stav, v ktorom všetky tri zostávajú v rámci prahov pre zväčšenie, trvá zadaný počet opakovaní, časový prírastok sa zväčší. Pri zväčšovaní sa prírastok upraví tak, aby neprekročil horný limit.

Pri automatických prírastkoch/cutback sa analýza ukončí ako neúspešná v nasledujúcich prípadoch.

• Horný limit počtu podkrokov sa dosiahne pred časom konca kroku.
• Základná hodnota časového prírastku klesne pod dolný limit časového prírastku.
• Dosiahne sa horný limit po sebe nasledujúcich cutback.

Nasledujúci príklad povoľuje automatické prírastky a nastavuje počiatočný časový prírastok 0.01, časový rozsah kroku 2.5, dolný limit časového prírastku 1E-5, horný limit časového prírastku 0.3 a maximum 200 podkrokov. Kroku sa priradí sada parametrov automatického prírastku AP1 a zoznam časov výstupu TP1, ktorý obsahuje celkové časy 1.5, 2.7 a 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

Formát vstupu a predvolenú hodnotu jednotlivých parametrov nájdete v !STEP, !AUTOINC_PARAM a !TIME_POINTS.

Riadenie krokov pri dynamickej analýze¶

Pri priamej časovej integrácii v dynamickej analýze zadajte metódu riešenia a parametre časovej integrácie pomocou !DYNAMIC a kroky analýzy, skupiny okrajových podmienok a zaťažení a metódu prírastku pomocou !STEP. Ak sa !STEP vynechá, analýza sa považuje za jednokrokovú analýzu, v ktorej sú aktívne všetky okrajové podmienky a zaťaženia.

Pri pevných prírastkoch zadajte na druhom riadku !STEP hodnoty DTIME, ETIME na riadenie časového prírastku a časového rozsahu každého kroku. Definovanie viacerých položiek !STEP umožňuje prepínať aktívne skupiny okrajových podmienok a zaťažení podľa krokov. V !DYNAMIC sa t_delta a n_step považujú za predvolené hodnoty pre starší jednokrokový vstup, v ktorom je !STEP vynechané, a pre spätnú kompatibilitu. Pre nový vstup sa odporúča explicitne zadávať časové podmienky pomocou !STEP aj pri použití pevných prírastkov.

Pri použití automatických prírastkov zadajte !STEP, INC_TYPE=AUTO a na dátovom riadku !STEP uveďte počiatočný časový prírastok, časový rozsah kroku, dolný limit časového prírastku a horný limit časového prírastku. Pri nelineárnej implicitnej metóde sa časový prírastok zväčšuje alebo zmenšuje podľa stavu Newtonových a kontaktných iterácií; ak konvergencia zlyhá, obnoví sa predchádzajúci stav a výpočet sa zopakuje s menším časovým prírastkom.

V !STEP je TYPE (STATIC/VISCO) prepínač časovej závislosti materiálu pre daný krok a platí iba pre statickú analýzu. V dynamickej analýze sa nepoužíva, pretože časový prírastok sa vždy považuje za skutočný čas; zadanie TYPE z !STEP v dynamickej analýze preto nemá žiadny účinok.

Metóda časovej integrácie a koeficienty, napríklad koeficienty Newmarkovej-β metódy, sa zadávajú pomocou !DYNAMIC. Formát vstupu nájdete v !DYNAMIC a !STEP.

Riadenie krokov pri analýze vedenia tepla¶

Časový krok analýzy vedenia tepla sa zadáva pomocou !HEAT. !HEAT určuje súbor hodnôt vrátane časového kroku, koncového času, minimálneho časového kroku, maximálnej zmeny teploty, počtu iterácií a kritéria konvergencie.

Riadenie času analýzy vedenia tepla funguje mechanizmom oddeleným od !STEP, INC_TYPE=AUTO pre statickú štrukturálnu analýzu. Preto pri nastavovaní časového kroku analýzy vedenia tepla nepoužívajte !STEP; namiesto toho použite špecifikáciu !HEAT. Formát vstupu nájdete v !HEAT.

Zadávanie časov výstupu¶

Keďže sa pri automatických prírastkoch časový prírastok mení podľa konvergencie, časy výstupu výsledkov nemusia byť vopred známe. !TIME_POINTS je zoznam časov používaný na úpravu časového prírastku tak, aby sa v zadaných časoch vždy vypočítala rovnováha a mohli sa vypísať výsledky.

Zoznam časov možno zadať buď ako celkový čas od začiatku analýzy, alebo ako čas kroku od začiatku kroku. Celkový čas použite pri zadávaní spoločných časov pre viacero krokov a čas kroku pri zadávaní rovnakých relatívnych pozícií výstupu pre každý krok.

Pre každý krok sa zoznam časov, ktorý sa má použiť, odkazuje z !STEP. Pri spoločnom použití s automatickými prírastkami sa časový prírastok skráti tak, aby neprekročil nasledujúci čas výstupu ani čas konca kroku. Formát vstupu nájdete v !TIME_POINTS.

Súvisiace témy¶

• Typy analýz — prehľad typov analýz, ako sú statická analýza, dynamická analýza a analýza vedenia tepla.
• Nelineárne iterácie a časová integrácia — štruktúra Newtonových iterácií, kontaktných iterácií a časovej integrácie v rámci podkroku (význam počtu Newtonových a kontaktných iterácií).
• Aktivácia/deaktivácia prvkov — spôsob výberu riadenia aktivácie prvkov povoleného pomocou !STEP.
• Newtonova-Raphsonova metóda (teória) — teória iteračnej metódy riešenia.
• Kritériá konvergencie (teória) — teória mier konvergencie.
• !STEP, !AUTOINC_PARAM, !TIME_POINTS — vstupné formáty riadenia krokov v štrukturálnych a dynamických analýzach.
• !DYNAMIC, !HEAT — vstupné formáty riadenia času v dynamických analýzach a analýzach vedenia tepla.