接觸問題是一種高度非線性行為,需要較大的計算資源,為了進行實為有效的計算,理解問題的特性和建立合理的模型是很重要的。
接觸問題存在兩個較大的難點:其一,在你求解問題之前,你不知道接觸區(qū)域,表面之間是接觸或分開是未知的,突然變化的,這隨載荷、材料、邊界條件和其它因素而定；其二，大多的接觸問題需要計算摩擦，有幾種摩擦和模型供你挑選，它們都是非線性的，
摩擦使問題的收斂性變得困難。
影響非線性收斂穩(wěn)定性及其速度的因素很多：
1、模型——主要是結構剛度的大小。對于某些結構，從概念的角度看，可以認為它是幾何不變的穩(wěn)定體系。但如果結構相近的幾個主要構件剛度相差懸殊，在數(shù)值計算中就可能導致數(shù)值計算的較大誤差，嚴重的可能會導致結構的幾何可變性——忽略小剛度構件的剛度貢獻。如出現(xiàn)上述的結構，要分析它，就得降低剛度很大的構件單元的剛度，可以加細網(wǎng)格劃分，或著改用高階單元（BEAM->SHELL,SHELL->SOLID)。構件的連接形式（剛接或鉸接）等也可能影響到結構的剛度。
2、線性算法（求解器）。ANSYS中的非線性算法主要有：稀疏矩陣法(SPARSE DIRECT SOLVER)、預共軛梯度法(PCG SOLVER)和波前法(FRONT DIRECT SLOVER)。稀疏矩陣法是性能很強大的算法，一般默認即為稀疏矩陣法（除了子結構計算默認波前法外）。預共軛梯度法對于3-D實體結構而言是最優(yōu)的算法，但當結構剛度呈現(xiàn)病態(tài)時，迭代不易收斂。為此推薦以下算法：
1）、BEAM單元結構，SHELL單元結構，或以此為主的含3-D SOLID的結構，用稀疏矩陣法；
2）、3-D SOLID的結構，用預共軛梯度法；
3）、當你的結構可能出現(xiàn)病態(tài)時，用稀疏矩陣法；
4）、當你不知道用什么時，可用稀疏矩陣法。
3、非線性逼近技術。在ANSYS里還是牛頓－拉普森法和弧長法。牛頓－拉普森法是常用的方法，收斂速度較快，但也和結構特點和步長有關。弧長法常被某些人推崇備至，它能算出力加載和位移加載下的響應峰值和下降響應曲線。但也發(fā)現(xiàn)：在峰值點，弧長法仍可能失效，甚至在非線性計算的線性階段，它也可能會無法收斂。
為此，盡量不要從開始即激活弧長法，還是讓程序自己激活為好（否則出現(xiàn)莫名其妙的問題）。子步（時間步）的步長還是應適當，自動時間步長也是很有必要的。
4、加快計算速度
在大規(guī)模結構計算中，計算速度是一個非常重要的問題。下面就如何提高計算速度作一些建議：
充分利用ANSYS MAP分網(wǎng)和SWEEP分網(wǎng)技術，盡可能獲得六面體網(wǎng)格，這一方面減小解題規(guī)模，另一方面提高計算精度。
在生成四面體網(wǎng)格時，用四面體單元而不要用退化的四面體單元。比如95號單元有20節(jié)點，可以退化為10節(jié)點四面體單元，而92號單元為10節(jié)點單元，在此情況下用92號單元將優(yōu)于95號單元。
選擇正確的求解器。對大規(guī)模問題，建議采用PCG法。此法比波前法計算速度要快10倍以上（前提是您的計算機內存較大）。對于工程問題，可將ANSYS缺省的求解精度從1E-8改為1E-4或1E-5即可。
5、荷載步的設置直接影響到收斂。應該注意以下幾點：
1、設置足夠大的荷載步（將MAXMIUM SUBSTEP=1000000），可以更容易收斂，避免發(fā)散的出現(xiàn)(nsub,nsbstp,nsbmx,nsbmn)；
2、設置足夠大的平衡迭代步數(shù)，默認為25，可以放大到很大(100)(eqit,eqit)；
3、將收斂準則調整，以位移控制時調整為0.05，以力控制為0.01(CNVTOL,lab,value,toler,norm,minref)。
4、對于線性單元和無中間節(jié)點的單元（SOLID65和SOLID45），關閉EXTRA DISPLACEMENTS OPTIONS（在OPTIONS中）。
5、對于CONCRETE材料，可以關閉壓碎功能，將CONCRETE中的單軸抗壓強度設置為-1(tadata,mat,shrcf-op,shrcf-cl,UntensSt,UnCompSt(-1))。
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總部李老師
