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基于ANSYS的重啟動分析(1) —— 基本概念

2021/06/01
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引言

在工程結(jié)構(gòu)分析中,若結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,如單元節(jié)點在百萬甚至千萬量級,分析類型包含較多的非線性,如彈塑性、大變形和接觸等因素,則會產(chǎn)生兩個問題:收斂問題和分析時間較長的問題,分析參數(shù)的設(shè)置和載荷都會影響收斂性,調(diào)收斂性是工程師十分頭疼的問題之一。如果改變參數(shù)或載荷進行重新分析,則分析時間太長,效率太低,那么有沒有一個方法可以在出現(xiàn)不收斂時,暫停分析,待分析參數(shù)或載荷改變后繼續(xù)分析呢?

當一個分析已經(jīng)完成,若此時因為設(shè)計和實際情況發(fā)生改變需要增加載荷種類或延長載荷的時間歷程,如何才能避免重新分析而在前一個分析結(jié)束時繼續(xù)分析呢?

當一個分析的輸入事先并不能完全確定,而是根據(jù)結(jié)構(gòu)響應(yīng)而實時變化,如何才能在分析過程中間暫停,提取結(jié)果進行處理后,確定下一次分析的輸入呢?

ANSYS提供了一個重啟動(RESTART)分析功能,可以解決以上問題。

重啟動分類

一般分為單框架重啟動和多框架重啟動,在高版本(如15.0及以上)的ANSYS中,已經(jīng)取消了單框架而只保留了多框架重啟動。

如果分析程序結(jié)束以后,尚且需要在此狀態(tài)下繼續(xù)加載等進行分析,則需要單框架重啟動;若在非線性分析中,我們需要在某一個載荷步的某一個子步狀態(tài)下進行分析,則就需要多框架重啟動。

需要滿足的條件

線性或非靜力(準靜態(tài))結(jié)構(gòu)(不包括斷裂分析)和瞬態(tài)結(jié)構(gòu)(完全法和模態(tài)疊加法)、熱分析、熱-結(jié)構(gòu)、2D磁場諧響應(yīng)分析;

初始分析時,至少完成一個迭代步,即需要.RDB文件;

不能因為系統(tǒng)崩潰或者強制退出而中斷分析;

初始分析和重啟分析的軟件版本必須一致;

單框架重啟動需要如下文件:

Jobname.db文件必須在solve命令結(jié)束后立刻保存,如果是因為非線性分析而中斷,則文件是自動保存的,如果分析為基于模態(tài)疊加的時域分析時,無法重啟動;

Jobname.EMAT,如果單元矩陣文件存在則需要保存;

Jobname.ESAV,單元數(shù)據(jù)文件,如果因為出現(xiàn)不收斂,如位移超出限值等時,需要刪除此文件,用Jobname.OSAV文件替代;

結(jié)果文件并不是必須的,重啟動分析的結(jié)果文件會追加到結(jié)果文件中;

如果分析為基于模態(tài)疊加的時域分析時,Jobname.RDSP文件是必須的。

多框架重啟動需要如下文件:

Jobname.RDB文件,在第一個載荷步第一個子步完成后自動保存,提供了包括初始條件的完整分析描述,并且不隨著重啟分析次數(shù)的變化而變化。在第一次solve命令之后定義的參數(shù)是不會保存在Jobname.RDB文件中的,如果在第一次solve命令以后定義了參數(shù),則需要通過parsav命令保存參數(shù),然后在restart分析中的solve之前用parres命令恢復(fù)參數(shù);

Jobname.LDHI文件,該文件記錄了載荷時域數(shù)據(jù)以及每一個載荷步的載荷和邊界條件信息,目的就是在重啟動分析開始時,從此文件讀取相應(yīng)載荷步的載荷和邊界條件;

Jobname.Rnnn文件,對于非線性靜力和完全瞬態(tài)分析,此文件包括了指定載荷步的子步狀態(tài)下的單元記錄和求解命令等信息,分析要求在此子步下時收斂的,如果不收斂,則會保存前一次收斂的結(jié)果;

Jobname.Mnnn文件,基于模態(tài)疊加法的瞬態(tài)時域分析,包括了單個子步下的模態(tài)位移、速度和加速度信息。

重啟動分析的一些限制條件

在重啟動分析過程中,不能改變材料屬性和單元;

KUSE命令被禁止,新剛度矩陣和.L22文件重新生成;

.Rnnn文件不包括單元生死命令EKILL和EALIVE,如果需要,則在重啟動分析過程中再次運行以上2個命令;

.RDB文件只包括第一個載荷步的第一個載荷子步結(jié)束時系統(tǒng)的狀態(tài)信息,在此之后定義的一切信息,尤其是APDL定義的參數(shù)等信息都不會被保存,需要在重啟動分析過程中再次定義,當然,也可以用parsav命令保存,然后再重啟動分析過程中用parres恢復(fù)參數(shù),此問題也會出現(xiàn)在改變單元實常數(shù)的情況,即R命令要放在重啟動分析過程中;

重啟動分析的子步數(shù)不能大于9999;

不支持使用弧長法(ARCLEN)的多框架重啟;

因為載荷和邊界條件信息都記錄在.LDHI文件中,是在節(jié)點上的而不是在幾何模型上的,所有要刪除這些載荷和邊界就必須直接在節(jié)點上進行刪除;

在重啟動分析過程中,不能使用save命令保存db文件;

不能用嵌套的do循環(huán);

需要用solve命令初始化重啟動時候的狀態(tài),包括如下三個過程:

恢復(fù)數(shù)據(jù)庫文件.RDB;

讀入載荷和邊界條件信息文件.LDHI;

恢復(fù)求解命令和狀態(tài)信息文件.Rnnn或者基于模態(tài)疊加法的瞬態(tài)分析文件.Mnnn,然后在antype后,可以對載荷邊界和求解命令等做出相應(yīng)的修改來覆蓋之前的設(shè)置。

最后

本文主要討論了在ANSYS中進行重啟動分析的條件以及注意事項,下文主要討論具體的實現(xiàn)過程。

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50多年來,Ansys工程仿真軟件使各行各業(yè)的創(chuàng)新者能夠利用仿真的預(yù)測能力突破界限。人類進步的下一個重大飛躍將由Ansys推動。

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