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1、关于非线性因素关于非线性因素第一页，本课件共有51页非线性热分析前处理考虑因素非线性热分析前处理考虑因素 非线性热分析模型与线性模型有一些共同点，但也有许多要特殊考虑的问题。非线性热分析模型与线性模型有一些共同点，但也有许多要特殊考虑的问题。辐射辐射:辐射是一种高度非线性，因为辐射对传导矩阵辐射是一种高度非线性，因为辐射对传导矩阵(K)的贡献是温度的的贡献是温度的三次方。辐射使用一种特殊单元建模的，在第三次方。辐射使用一种特殊单元建模的，在第8章中讨论。章中讨论。控制单元控制单元:可以改变状态的单元类型如可以改变状态的单元类型如COMBIN37和和COMBIN 40，经常用来，经常用来模拟温度
2、控制模拟温度控制(例如恒温箱例如恒温箱)。这些单元。这些单元的实常数相对复杂，要仔细选择。的实常数相对复杂，要仔细选择。第二页，本课件共有51页非线性分析前处理考虑因素非线性分析前处理考虑因素(续续)MASS71单元比较特殊，因为它有随温度变化的热生成率单元比较特殊，因为它有随温度变化的热生成率的功能的功能。这可以定义为随温度变化的材料特性或与温度的多项式关系。多项式可以定这可以定义为随温度变化的材料特性或与温度的多项式关系。多项式可以定义多达义多达6个实常数，如下个实常数，如下:400600800100040506070Temperature(C)Thermal Conductivity(W
3、/m/C)与温度有关的输入与温度有关的输入:在热模型中其它比较常见的引起非线性的在热模型中其它比较常见的引起非线性的原因包括随温度变化的边界条件原因包括随温度变化的边界条件(如对流如对流换热系数换热系数)和材料特性和材料特性(如热传导系数、热如热传导系数、热焓焓)。如果出现这些情况，用户需要使用随温。如果出现这些情况，用户需要使用随温度变化的输入技术来处理度变化的输入技术来处理(第三章中讨论第三章中讨论)。第三页，本课件共有51页非线性分析前处理考虑因素非线性分析前处理考虑因素(续续)多场单元多场单元:不只包含温度不只包含温度自由度自由度的单元称为多场单元或耦合场单元。单元的单元称为多场单元或
4、耦合场单元。单元 SOLID5、PLANE13、PLANE67、LINK68、SOLID69、SOLID98和和SHELL157是非线性的，因为它们必须同时满足两个以上场的平衡方程。这是非线性的，因为它们必须同时满足两个以上场的平衡方程。这些单元在第些单元在第10章中讨论。章中讨论。热热-流体耦合单元流体耦合单元FLUID66和和FLUID116用于轴向传导和流体中热用于轴向传导和流体中热质量交换的建模。它们通常质量交换的建模。它们通常通过通过对流对流单元与外界单元与外界表面表面联系。如果流率未联系。如果流率未知，这些单元就是非线性的，因为知，这些单元就是非线性的，因为流流率率和压力降的关系是
5、和压力降的关系是非非线性的。线性的。这些单元在第这些单元在第7章中讨论。章中讨论。在本章剩余部分，我们主要关心非线性分析中的加载和求解过程。在本章剩余部分，我们主要关心非线性分析中的加载和求解过程。第四页，本课件共有51页非线性分析的加载求解中所要考虑的因素非线性分析的加载求解中所要考虑的因素非线性热分析通常需要在非线性热分析通常需要在ANSYS中激活一些特殊的加载和控制特性，比中激活一些特殊的加载和控制特性，比如，如，可能需要可能需要：将载荷分为小步长施加以保证收敛将载荷分为小步长施加以保证收敛 对收敛准则和迭代次数进行控制对收敛准则和迭代次数进行控制 需要需要使用增强使用增强收敛收敛的的工
6、具工具 在不收敛情况下控制程序在不收敛情况下控制程序的行为的行为 管理在非线性分析中生成的大量数据管理在非线性分析中生成的大量数据我们将在后面简单介绍这些概念。详细说明可以参考我们将在后面简单介绍这些概念。详细说明可以参考ANSYS热分析指热分析指南南中的中的非线性热分析部分。非线性热分析部分。第五页，本课件共有51页非线性分析步骤非线性分析步骤下面的加载和求解菜单选项可以帮助你掌握本章所要讨论下面的加载和求解菜单选项可以帮助你掌握本章所要讨论的内容的内容:分析设置分析设置-稳态或瞬态、方程求解器、温度偏稳态或瞬态、方程求解器、温度偏移、牛顿移、牛顿-拉夫森设置。拉夫森设置。载荷载荷-载荷插值
7、设置、均匀初始温度、施加载荷、载荷插值设置、均匀初始温度、施加载荷、删除载荷、按比例施加载荷、将几何模型载荷传递删除载荷、按比例施加载荷、将几何模型载荷传递到有限元模型上。到有限元模型上。输出控制输出控制-类型、频率、写到结果文件和输出文件类型、频率、写到结果文件和输出文件中的结果数据的范围、图形求解跟踪开中的结果数据的范围、图形求解跟踪开/关。关。求解控制求解控制-自动求解控制开自动求解控制开/关。关。时间时间/频率频率-时间时间/载荷步设置载荷步设置、自动时间步自动时间步、载载荷渐荷渐变变/阶跃阶跃、时间步时间步重置、重置、时间积分设置时间积分设置12345第六页，本课件共有51页非线性分
8、析步骤非线性分析步骤(续续)非线性控制非线性控制-收敛准则、平衡迭代、终止条件、收敛增收敛准则、平衡迭代、终止条件、收敛增强工具、打开控制、求解监测。强工具、打开控制、求解监测。求解求解-求解当前载荷步。求解当前载荷步。67注注:第1部分的菜单项通常只使用一次：在分析的开始时使用。第2-7部分的菜单项适用于每个载荷步。第6部分菜单只在非线性热分析中使用。第七页，本课件共有51页自动求解控制自动求解控制由于在非线性分析中需要大量的控制和设置选项，由于在非线性分析中需要大量的控制和设置选项，ANSYS开发开发了一了一个称为个称为“求解控制求解控制”的工具。求解控制对于绝大多数非线性和瞬态的工具。求
9、解控制对于绝大多数非线性和瞬态问题都可以提供可靠而高效的设置。问题都可以提供可靠而高效的设置。在缺省情况下在缺省情况下,在所有非线性和瞬态热分析中，求解控制是打开在所有非线性和瞬态热分析中，求解控制是打开的，大量的分析控制由的，大量的分析控制由ANSYS设置设置，而且而且同时采用优化的同时采用优化的内部求解内部求解算法。算法。求解控制的缺省设置可以在求解前通过手工设置来替换。求解控制的缺省设置可以在求解前通过手工设置来替换。求解控制求解控制通过设置这些命令来通过设置这些命令来优优化化各种缺省控制选项各种缺省控制选项。但并但并不是所有不是所有命令都能用于热分析。命令都能用于热分析。第八页，本课件
10、共有51页自动求解控制自动求解控制(续续)要手工关闭所有求解控制特性要手工关闭所有求解控制特性，使用下列菜单使用下列菜单:不推荐在载荷步之间打开或关闭求解控制。不推荐在载荷步之间打开或关闭求解控制。123第九页，本课件共有51页缺省情况下，状态预测是关闭的。缺省情况下，状态预测是关闭的。自动求解控制自动求解控制(续续)如果如果存在诸如存在诸如CONTROL37、COMBIN39 和和COMBIN40等能等能改变状态改变状态的的单元时，推荐打开单元时，推荐打开“Status Prediction”选项，但要求求解控制也在选项，但要求求解控制也在打开状态。打开状态。它与它与自动时间步自动时间步功能
11、联合使用，以基于控制单元在下一功能联合使用，以基于控制单元在下一子步将会改变状态的可能性来预测时间步长。子步将会改变状态的可能性来预测时间步长。通过下列菜单激活通过下列菜单激活:45123第十页，本课件共有51页自动求解控制自动求解控制(续续)由于对分析工程师来讲，理解内部求解机制是很重要的，由于对分析工程师来讲，理解内部求解机制是很重要的，在在本章后面本章后面对非线性控制做了讨论。讨论中假设求解控制是打开的。对非线性控制做了讨论。讨论中假设求解控制是打开的。专门使用于瞬态热分析的求解控制在第五章中讨论。专门使用于瞬态热分析的求解控制在第五章中讨论。首先，让我们看一下首先，让我们看一下进行进行
12、非线性非线性分析分析的先决条件的先决条件.注意注意:要得到关于在要得到关于在载荷步文件载荷步文件(LSWRITE)或文档化或文档化(CDWRITE)中中SOLCONTROL命令的详细工作细节，命令的详细工作细节，请参考在线命令手册请参考在线命令手册.同时也可查看在同时也可查看在 SOLCONTROL关闭的情况下，程序的行为方式。关闭的情况下，程序的行为方式。第十一页，本课件共有51页非线性求解组织结构非线性求解组织结构载荷步载荷步 用于区别加载次序。每个载荷步需要单独的用于区别加载次序。每个载荷步需要单独的“求解求解”操作。载操作。载荷步不仅仅用于非线性分析。荷步不仅仅用于非线性分析。为了得到
13、收敛解，为了得到收敛解，非线性分析通常非线性分析通常采用增量加载采用增量加载，子步子步 用于区别一个载用于区别一个载荷步内的中间收敛解。荷步内的中间收敛解。第十二页，本课件共有51页非线性求解组织结构非线性求解组织结构(续续)载荷并不总是容易划分载荷并不总是容易划分为载荷步的。为载荷步的。在显示的例题中，温在显示的例题中，温度度、热流热流密度密度和热生成和热生成在不同时间以不同速度施在不同时间以不同速度施加。加。在第在第6章中，我们将讨论章中，我们将讨论如何更容易地处理如何更容易地处理这种这种情况。情况。Heat Gen.TemperatureHeat FluxTEMPHFLUXHGEN第十三
14、页，本课件共有51页控制方程控制方程线性系统热分析的控制方程矩阵形式为线性系统热分析的控制方程矩阵形式为:如果这些数值随温度变化，系统为非线性，必须用迭代法求解：如果这些数值随温度变化，系统为非线性，必须用迭代法求解：在瞬态分析中，载荷同样可以随温度变化在瞬态分析中，载荷同样可以随温度变化(在第在第5章中讨论章中讨论)第十四页，本课件共有51页稳态非线性求解过程稳态非线性求解过程考虑稳态非线性的分析情况考虑稳态非线性的分析情况:方程可以等效化为方程可以等效化为:初始情况下，内部节点热流不等于施加的节点载荷。不平衡热流向量或初始情况下，内部节点热流不等于施加的节点载荷。不平衡热流向量或“残残差差
15、”是两个向量的差值是两个向量的差值:目标是将由目标是将由|F|表示表示的残差范数（表示了不平衡量的大小）降为的残差范数（表示了不平衡量的大小）降为0。这可。这可以通过多种途径计算，此过程称为收敛。以通过多种途径计算，此过程称为收敛。收敛准则是迭代的评价准则收敛准则是迭代的评价准则，通常是将施加的载荷通常是将施加的载荷|Qa|乘以一个小的系数乘以一个小的系数 e e 。内部节点热流向量由计算内部节点热流向量由计算出的出的单元热流单元热流密度密度得得到到载荷引起的节点热流向量载荷引起的节点热流向量第十五页，本课件共有51页为了完成收敛迭代，为了完成收敛迭代，使用使用了了牛顿牛顿-拉普森迭代拉普森迭
16、代求解技术求解技术.1.所所求解求解的的系统方程的增量形式系统方程的增量形式牛顿牛顿-拉普森（拉普森（Newton-Raphson）技术）技术注注:e e 的缺省数值为的缺省数值为0.0012.更新节点温度更新节点温度3.由单元热流计算内部节点热流率。由单元热流计算内部节点热流率。4.计算收敛计算收敛范数范数并与收敛准则比较并与收敛准则比较:单单DOF 系统系统QTTTQQTT如果结果较小如果结果较小.不再进行迭代。不再进行迭代。如果结果较大或相等如果结果较大或相等.KT 被更新再进行一次迭代。被更新再进行一次迭代。第十六页，本课件共有51页收敛收敛不能不能保证非线性求解一定收敛。保证非线性求
17、解一定收敛。与与其它数值方法一样，其它数值方法一样，N-R 技术要技术要求初始估计数值与最终结果不应有求初始估计数值与最终结果不应有太太大的差别。大的差别。在实践中，非线性求解往往要求载荷的施加是在实践中，非线性求解往往要求载荷的施加是渐变渐变的以利于收敛。的以利于收敛。除了用户可以指定载荷施加比例之外，除了用户可以指定载荷施加比例之外，ANSYS自动时间步功能自动时间步功能可以满足这个需要。而且可以满足这个需要。而且 ANSYS 有特殊的收敛有特殊的收敛增强增强工具，使得工具，使得收敛过程加快并提高收敛性。收敛过程加快并提高收敛性。热模型中常见的非线性特性是随温度变化的边界条件和材料特热模型
18、中常见的非线性特性是随温度变化的边界条件和材料特性。这性。这要求定义温度表格和特性表格，在第要求定义温度表格和特性表格，在第3章中有说明。章中有说明。第十七页，本课件共有51页平衡迭代平衡迭代当进行非线性分析时，当进行非线性分析时，为了得为了得到收敛解，在每个子步中必须进行到收敛解，在每个子步中必须进行平衡迭代平衡迭代。ANSYS 使用牛顿使用牛顿-拉夫森迭代求解过程得到非线拉夫森迭代求解过程得到非线性收敛性收敛解解。一次平衡迭代需要的时间与进一次平衡迭代需要的时间与进行一次线性计算的时间相当。行一次线性计算的时间相当。一次分析中可能需要成百上千一次分析中可能需要成百上千次这样的迭代过程。次这
19、样的迭代过程。子步1 的载荷子步 2的载荷子步1需要三次平衡迭代子步2需要两次平衡迭代QT单自由度系统单自由度系统第十八页，本课件共有51页使用牛顿使用牛顿-拉普森方法拉普森方法在在ANSYS中有许多牛顿中有许多牛顿-拉普森选项。拉普森选项。对于对于绝大多数问题，完全的绝大多数问题，完全的N-R 选项是最好的。缺省情况下，选项是最好的。缺省情况下，ANSYS自动选择牛顿自动选择牛顿-拉普森选项，也拉普森选项，也可以由用户自己选择可以由用户自己选择:牛顿牛顿-拉普森选项在拉普森选项在Analysis Options 菜单中得到。该选菜单中得到。该选项施加于稳态分析项施加于稳态分析和瞬态分析。和瞬
20、态分析。N-R 选项不能在载荷步之选项不能在载荷步之间改变。间改变。ModifiedFullInitialConductivityQTQTQT132第十九页，本课件共有51页收敛准则可以手工指定，也可以由收敛准则可以手工指定，也可以由ANSYS自动选自动选择。在缺省情况下，择。在缺省情况下，ANSYS选择基于节点热流不选择基于节点热流不平衡的收敛准则。基于温度变化的收敛准则要手工平衡的收敛准则。基于温度变化的收敛准则要手工指定。基于热流指定。基于热流率率的收敛检查一般比基于温度的的收敛检查一般比基于温度的收敛检查保守。收敛检查保守。如果多于一个准则被激活，求解必须满足所有如果多于一个准则被激活
21、，求解必须满足所有准则要求才能算收敛。准则要求才能算收敛。收敛准则收敛准则收敛准则收敛准则 是是ANSYS用来判断迭代是否收敛，是否需要更多用来判断迭代是否收敛，是否需要更多的的N-R迭代的依迭代的依据。据。单自由度系统单自由度系统QTTTQQTT怎样才算足够接近?收敛准则帮助我们确定。第二十页，本课件共有51页收敛准则收敛准则(续续)收敛准则可以由用户在载荷步之间调整。要手工改变缺省的收敛准则，使用收敛准则可以由用户在载荷步之间调整。要手工改变缺省的收敛准则，使用下面的菜单下面的菜单:注注:即使用户只指定了一个收敛即使用户只指定了一个收敛准则，其它缺省的准则也会被准则，其它缺省的准则也会被N
22、SYS取消。取消。123第二十一页，本课件共有51页收敛准则收敛准则(续续)4.确认整体准则属于热部分。确认整体准则属于热部分。5.选择特定的准则类型。选择特定的准则类型。54第二十二页，本课件共有51页收敛准则收敛准则(续续)6107896.参考数值在此输入。如果空白，参考值由节点热流向量计算出来。7.参考数值乘以容差得到收敛准则。8.缺省情况下，收敛准则采用残差的平方和的平方根。其它选项可以在这里输入。9.如果计算的参考数值（见第6步）小于最小参考数值，则使用最小参考数值。在缺省情况下，对于热流准则最小参考数值为1E-6。第二十三页，本课件共有51页图形求解跟踪图形求解跟踪图形求解跟踪图形
23、求解跟踪(GST)在交互运行非在交互运行非线性分析中自动打开，在批处理方线性分析中自动打开，在批处理方式中关闭。式中关闭。GST 图形化跟踪收敛参数图形化跟踪收敛参数并在每次迭代完成后更新。并在每次迭代完成后更新。GST 可以用这些菜可以用这些菜单开单开/关关：1234第二十四页，本课件共有51页多少次平衡迭代多少次平衡迭代?缺省情况下，求解控制根据题目的特性将最大牛顿缺省情况下，求解控制根据题目的特性将最大牛顿-拉夫森迭代次数设置拉夫森迭代次数设置为为15-26。可以用以下菜单改变。可以用以下菜单改变:1243第二十五页，本课件共有51页如果没有得到收敛解，缺省如果没有得到收敛解，缺省情况下
24、情况下ANSYS将终止分析（如果用批处理方式将终止分析（如果用批处理方式运行，将终止程序执行）。为了便于诊断求解不收敛的问题所在，可以运行，将终止程序执行）。为了便于诊断求解不收敛的问题所在，可以使用下面的菜单指示使用下面的菜单指示ANSYS继续分析继续分析:ANSYS何时停止计算何时停止计算?可以设置DOF数值,迭代次数,使用时间和计算时间。当这些限制达到后，ANSYS停止运行。3124第二十六页，本课件共有51页ANSYS输出窗口输出窗口通过输出窗口可以得到很多信息通过输出窗口可以得到很多信息:热流收敛范数的热流收敛范数的数值在下降数值在下降温度改变增温度改变增加量在下降加量在下降收敛数值
25、比准则小收敛数值比准则小本子步进行了本子步进行了7次迭代达到收敛。次迭代达到收敛。一共进行了一共进行了28步迭代。步迭代。正在计算第正在计算第 2载荷载荷步的第步的第3子步。子步。第二十七页，本课件共有51页关于关于“时间时间”的说明的说明“时间时间”在静态和瞬态分析中都用做在静态和瞬态分析中都用做“跟踪跟踪”参数。每个载荷步和子步都与参数。每个载荷步和子步都与特定的时间相联系，尽管求解本身可能是特定的时间相联系，尽管求解本身可能是与与“速率速率”无关无关的。的。在与速率有关的静态分析和瞬态分析中，在与速率有关的静态分析和瞬态分析中，“时间时间”代表实际的时间，单位代表实际的时间，单位为时间单
26、位为时间单位（秒或小时秒或小时）。在这种情况下，时间单位应该与材料特性和载。在这种情况下，时间单位应该与材料特性和载荷相符合。荷相符合。在与速率无关的静态分析中，在与速率无关的静态分析中，“时间时间”主要用来主要用来作为区别作为区别载荷步和子步载荷步和子步的的计计数数器器。在在ANSYS热分析中，热分析中，“时间时间”需要有如下特性需要有如下特性:“时间时间”必须为非零正值。必须为非零正值。“时间时间”只能单调增加。只能单调增加。第二十八页，本课件共有51页阶跃和渐变载荷阶跃和渐变载荷在载荷步中，载荷可以是随时间在载荷步中，载荷可以是随时间阶跃阶跃或或渐渐变变的。渐的。渐变变是缺省方式，在非是
27、缺省方式，在非线性分析中是推荐方式，可以有利收敛。线性分析中是推荐方式，可以有利收敛。该特性使用该特性使用KBC命令控制，但是，当载荷使用命令控制，但是，当载荷使用第第6章描述的章描述的表格方式施加表格方式施加时，载荷总时阶跃的，而忽略时，载荷总时阶跃的，而忽略KBC命令的设置。命令的设置。第二十九页，本课件共有51页如果载荷步中载荷是如果载荷步中载荷是 阶跃阶跃 的，所有载荷以同样方式施加，不管是新的载的，所有载荷以同样方式施加，不管是新的载荷、改变的载荷、或删除的载荷；它们都进行阶跃施加、阶跃改变、或荷、改变的载荷、或删除的载荷；它们都进行阶跃施加、阶跃改变、或阶跃删除。阶跃删除。但是，如
28、果载荷时渐但是，如果载荷时渐变变的，图形不会如此清晰的，图形不会如此清晰(象我们在后面看到的一样象我们在后面看到的一样)。阶跃载荷阶跃载荷新载荷在新载荷在 LS 1中是阶跃施加的中是阶跃施加的载荷在载荷在 LS 2中是中是阶跃删除的阶跃删除的记住记住，当载荷施加以后，不管是阶当载荷施加以后，不管是阶跃跃的的还是渐变还是渐变的的载荷，它在后面的载载荷，它在后面的载荷步中荷步中一直有效一直有效，除非被除非被删除删除或或修改修改。第三十页，本课件共有51页如果载荷在载荷步中是如果载荷在载荷步中是 渐渐变变的的,ANSYS不会以相同的方式处理新施加的不会以相同的方式处理新施加的、改改变变的、或的、或删
29、除的载荷。删除的载荷。下面的表格说明了下面的表格说明了ANSYS对不同载荷类型的处对不同载荷类型的处理方法理方法:*-与温度有关的换热系数总是按照温度函数施加，忽略与温度有关的换热系数总是按照温度函数施加，忽略KBC设置。设置。渐变载荷渐变载荷第三十一页，本课件共有51页时间步长时间步长时间步长时间步长 是影响非线性求解可靠性、精度和效率的最大因素。是影响非线性求解可靠性、精度和效率的最大因素。总体来说，当时间步长减少总体来说，当时间步长减少.求解发散可能性下降求解发散可能性下降结果更加精确结果更加精确每次求解迭代次数下降每次求解迭代次数下降分析时间增加分析时间增加许多因素影响许多因素影响最佳
30、最佳时间步长时间步长:非线性的类型和程度非线性的类型和程度载荷类型和位置载荷类型和位置网格大小网格大小先前的收敛性质先前的收敛性质瞬态效果瞬态效果(在下一章讨论在下一章讨论)第三十二页，本课件共有51页时间步长时间步长(续续)当定义载荷步时，要指定载荷步结束的时间当定义载荷步时，要指定载荷步结束的时间。如果不指定该数值，如果不指定该数值，TIME将缺省为原来数值加将缺省为原来数值加1。有两种方法指定载荷步中的子步。它有两种方法指定载荷步中的子步。它们的效果是一致的，只要采用一种即可：们的效果是一致的，只要采用一种即可：在一个时间为12秒的载荷步内，载荷以4个相同的增量渐变，可以用两种方式定义：
31、定义子步数=4 或定义时间增量 D t=3 秒 载荷步载荷步内内的的子步数目子步数目(NSUBST)。时间步的时间步的大小在载荷步中保持一致，等于大小在载荷步中保持一致，等于TIME/NSUBST，在进行稳态分析时此方法可能会，在进行稳态分析时此方法可能会比较简单。比较简单。载荷步载荷步内的内的时间步长增量时间步长增量(DELTIM)。载荷步中。载荷步中子步的数目等于子步的数目等于TIME/DELTIM，在瞬态分析中，在瞬态分析中会比较简单。会比较简单。第三十三页，本课件共有51页时间步选项时间步选项使用下列菜单控制时间步使用下列菜单控制时间步:2.选择两种方法之一选择两种方法之一3.指定载荷
32、步结束时间指定载荷步结束时间4.指定时间步长或子步数指定时间步长或子步数5.指定阶跃或渐变指定阶跃或渐变6.在下面点击在下面点击123453456第三十四页，本课件共有51页自动时间步自动时间步自动时间步自动时间步(ATS)忽略时间步选项，根据模型的响应由忽略时间步选项，根据模型的响应由ANSYS自动调节自动调节时间步长。不象给定一个固定的时间步，用户给出初始时间步长和时间步长。不象给定一个固定的时间步，用户给出初始时间步长和时间步长的最大最小数值，然后激活时间步长的最大最小数值，然后激活ATS。ATS有有 两个两个 重要功能重要功能:它根据上一个子步收敛所需的迭代次数来预测本子步的时间步长，
33、类似于非线它根据上一个子步收敛所需的迭代次数来预测本子步的时间步长，类似于非线性单元状态改变或模型的瞬态响应性单元状态改变或模型的瞬态响应(如果不是静态分析如果不是静态分析)。如果预计求解要超过最大迭代次数时，自动减小时间步长。如果预计求解要超过最大迭代次数时，自动减小时间步长。如果模型的响应在不同载荷步之间变化较大的时候，如果模型的响应在不同载荷步之间变化较大的时候，ATS是十分有效的。在缺是十分有效的。在缺省情况下，由省情况下，由ANSYS确定是否激活确定是否激活ATS。第三十五页，本课件共有51页自动时间步自动时间步(续续)在在Time/Frequency菜单中同样菜单中同样可以找到可以
34、找到ATS。下面的描述假设。下面的描述假设Time and Time Steps 选项被选选项被选中。中。2.载荷步终了的时间同样要指定。载荷步终了的时间同样要指定。3.指定初始时间步长指定初始时间步长(如果不指定，则程序如果不指定，则程序自动指定自动指定)4.指定载荷是阶跃还是渐变指定载荷是阶跃还是渐变(渐变一般渐变一般较容易收敛较容易收敛)5.打开自动时间步打开自动时间步(缺省由程序选择缺省由程序选择)14325第三十六页，本课件共有51页自动时间步自动时间步(续续)6.允许的最小时间步长允许的最小时间步长(空白由程序指定空白由程序指定)7.允许最大时间步长允许最大时间步长(空白由程序指定
35、空白由程序指定)8.指定指定ANSYS是否将上一个子步的最后时间是否将上一个子步的最后时间步用于下一个子步的初始时间步步用于下一个子步的初始时间步(空白由程空白由程序指定序指定)9.在菜单底部，点击在菜单底部，点击=9876这里是使用这里是使用Time and Substep 选项菜选项菜单的相应设置。使用任何一个菜单都会得单的相应设置。使用任何一个菜单都会得到相同时间步设置。到相同时间步设置。第三十七页，本课件共有51页ANSYS 输出窗口输出窗口通过输出窗口可以得到很多信息通过输出窗口可以得到很多信息:ATS打开下一个时间步比上一个时间步增加50%ATS确定下一个时间步长为0.3第三十八页
36、，本课件共有51页开始温度开始温度除非瞬态效果打开，非线性热分析的开始温度不会对结果精度产生除非瞬态效果打开，非线性热分析的开始温度不会对结果精度产生影响。影响。但是，选择合适的初始温度（对于激活的但是，选择合适的初始温度（对于激活的DOF）可以影响）可以影响效率效率 和和收敛性收敛性。由于非线性分析的迭代特性，初始数值给的越准确，收敛速度就越快。由于非线性分析的迭代特性，初始数值给的越准确，收敛速度就越快。缺省情况下，缺省情况下，ANSYS指指定初始温度为定初始温度为0度。度。如果开始较接近，则不如果开始较接近，则不需要很多次迭代。需要很多次迭代。Single DOF SystemSingl
37、e DOF System3次迭代次迭代 2次迭代次迭代 第三十九页，本课件共有51页开始温度开始温度(续续)如果做瞬态分析，初始温度可以使用如果做瞬态分析，初始温度可以使用IC命令指定到命令指定到每个自由度上每个自由度上(见下一章的讨论见下一章的讨论)。无论对瞬态分析。无论对瞬态分析或是稳态分析，都可以使用下面的方法指定均匀或是稳态分析，都可以使用下面的方法指定均匀的初始温度：的初始温度：均匀温度缺省等于热应变参考温度(TREF)。参考温度缺省为 0。3241第四十页，本课件共有51页收敛收敛增强增强工具工具ANSYS 收敛增强工具用于加速收敛、提高收敛性。如果求解控制被关闭，这收敛增强工具用
38、于加速收敛、提高收敛性。如果求解控制被关闭，这些工具必须谨慎选取。如果选取不正确，会妨碍收敛。些工具必须谨慎选取。如果选取不正确，会妨碍收敛。线性搜索（线性搜索（Line Search）：）：当热传导率当热传导率有很大改变时会通过减少比例因子来增加有很大改变时会通过减少比例因子来增加 N-R存储的热流向量。当有非常高度的非线存储的热流向量。当有非常高度的非线性情况出现，如相变或热冲击分析，使用性情况出现，如相变或热冲击分析，使用这一工具很有效。缺省状态下，该工具关这一工具很有效。缺省状态下，该工具关闭。闭。1234第四十一页，本课件共有51页收敛提高工具收敛提高工具预测器预测器（Predict
39、or）：）：根据前面子步的结果预测温度结果。它在根据前面子步的结果预测温度结果。它在模型的非线性响应随时间变化过程中改变较平滑的情况下非常有模型的非线性响应随时间变化过程中改变较平滑的情况下非常有效。效。ANSYS缺省条件下自动预测第一子步后的每个子步的结果。缺省条件下自动预测第一子步后的每个子步的结果。预测器可以使用手工打开或关闭（针对包括第一子步在内的所有预测器可以使用手工打开或关闭（针对包括第一子步在内的所有子步）子步）:231第四十二页，本课件共有51页输出控制输出控制非线性分析可能比线性分析得到非线性分析可能比线性分析得到多得多得多的结果，原因有两个多的结果，原因有两个:许多输出项目
40、只有在非线性分析中才有许多输出项目只有在非线性分析中才有(如如,每个子步中平衡迭代次数，辐射每个子步中平衡迭代次数，辐射连接连接单单元的热流元的热流率率)每个载荷步中可以每个载荷步中可以有有多多个个子步子步的的结果。结果。可能需要将这些信息存储到输出文件可能需要将这些信息存储到输出文件(Jobname.OUT)和和/或结果文件或结果文件(Jobname.RTH)中中，以便检查分析情况，或，以便检查分析情况，或用于判断是否有足够的结用于判断是否有足够的结果果以用于以用于绘制响应曲线。绘制响应曲线。在结果文件中可以只存储在结果文件中可以只存储.自由度解自由度解.(类型类型)每五步求解每五步求解.(
41、频率频率)单元类型单元类型3.(范围范围)ANSYS 输出控制命令允许用户输出控制命令允许用户指定指定 类型类型、频率频率、和数据的和数据的范围范围。例如例如第四十三页，本课件共有51页输出控制输出控制(续续)缺省情况下，缺省情况下，ANSYS将将每个载荷步每个载荷步最后子步的所有单元最后子步的所有单元的的所有结果写所有结果写入热分析文件入热分析文件(Jobname.RTH)。使用下列菜单指定使用下列菜单指定写入结果文件中的结写入结果文件中的结果的果的类型类型、频率和范围频率和范围.反反力力热流热流单元热流单元热流密度密度和梯度和梯度单元各种数据单元各种数据3.选择要控制的结果项目。选择要控制
42、的结果项目。例如例如:所有求解项所有求解项(缺省缺省)节点温度解节点温度解123第四十四页，本课件共有51页输出控制输出控制(续续)4.指定结果文件输出频率。如果是指定结果文件输出频率。如果是“Every Nth”，在，在“Value of N”处输入处输入一个整数。一个整数。如果要使用数组指定输出时间点，使用如果要使用数组指定输出时间点，使用“At Time Points”选项。该选项在第选项。该选项在第6章中有详细解释。章中有详细解释。45.指定施加这些设置的节指定施加这些设置的节点或单元组元。点或单元组元。6.结束请按结束请按OK。如果要如果要再设置输出控制时请按再设置输出控制时请按AP
43、PLY，这样，这样可以设可以设置多个输出控制。置多个输出控制。注注:缺省情况下，缺省情况下，ANSYS同时同时将将最最后后的求的求解结果存储解结果存储在数据库中在数据库中。56请参阅第6章注注:缺省情况下，缺省情况下，ANSYS同时同时将将最最后后的的求解结果存储求解结果存储在数据库在数据库中中。第四十五页，本课件共有51页求解监测求解监测缺省情况下，缺省情况下，ANSYS在在当前当前工作工作目录中目录中写写出出一个求解一个求解监测监测文件文件(file.mntr)。它包含诸如载荷步。它包含诸如载荷步、子步、平衡迭代数、时间增量、总、子步、平衡迭代数、时间增量、总时间时间等有用的项目等有用的项
44、目（见下表）（见下表）。这一功能在进行时间较长的非线性和瞬态分析时最有这一功能在进行时间较长的非线性和瞬态分析时最有用用，因为它，因为它在无在无需进行后处理的情况下，需进行后处理的情况下，给分析人员一个完整的给分析人员一个完整的求解信息反馈求解信息反馈。例。例如如:请问：请问：这是非线性分析吗?（提示：请看第 4列）第四十六页，本课件共有51页求解管理求解管理用户可以定义不多于三个变量来跟踪模型特定节点的温度响应。使用户可以定义不多于三个变量来跟踪模型特定节点的温度响应。使用下列菜单定义变量用下列菜单定义变量:3.选择要监测的节点。选择要监测的节点。4.指定变量号码。指定变量号码。5.对于节点
45、温度指定对于节点温度指定TEMP。6.点击点击OK。123456第四十七页，本课件共有51页收敛验证收敛验证许多问题可以造成非线性求解不收敛。在缺省情况下，许多问题可以造成非线性求解不收敛。在缺省情况下，ANSYS如果发现问题不如果发现问题不收敛，求解就会终止，并且最后的不收敛结果会写入结果文件以供分析。用户收敛，求解就会终止，并且最后的不收敛结果会写入结果文件以供分析。用户必须在后处理之前知道求解是不收敛的。必须在后处理之前知道求解是不收敛的。ANSYS用下列几种方法指出求解是不用下列几种方法指出求解是不收敛的收敛的:错误文件错误文件(jobname.err)会清楚的指出不收敛的解，并且会对
46、不收敛的可会清楚的指出不收敛的解，并且会对不收敛的可能原因加以说明能原因加以说明:*ERROR*CP=345.870 TIME=17:36:15*ERROR*CP=345.870 TIME=17:36:15 Preconditioned conjugate gradient solver error level 1.Possibly,the Preconditioned conjugate gradient solver error level 1.Possibly,the model is unconstrained or additional iterations may be neede
47、d.Try model is unconstrained or additional iterations may be needed.Try running with a multiplier MULT 1 in EQSLV command(3 MULT 1).running with a multiplier MULT 1 in EQSLV command(3 MULT 1).*ERROR*CP=388.930 TIME=17:36:58*ERROR*CP=388.930 TIME=17:36:58 DOF(e.g.Displacement)limit exceeded at time 4
48、 DOF(e.g.Displacement)limit exceeded at time 4 (load step 4 substep 1 equilibrium iteration 1)(load step 4 substep 1 equilibrium iteration 1)Maximum value=6.871541204E+14 Limit=1000000.Maximum value=6.871541204E+14 Limit=1000000.May be due to an unrestrained or unstable model.May be due to an unrest
49、rained or unstable model.*WARNING*CP=404.140 TIME=17:37:13*WARNING*CP=404.140 TIME=17:37:13 The unconverged solution(identified as time 4 substep 999999)is The unconverged solution(identified as time 4 substep 999999)is output for analysis debug purposes.Results should not be used for output for ana
50、lysis debug purposes.Results should not be used for any other purpose.any other purpose.第四十八页，本课件共有51页收敛验证收敛验证(续续)在通用后处理器中查询在通用后处理器中查询results summary时，不收敛的求解结果会被时，不收敛的求解结果会被指定为子步数目指定为子步数目999999（下面的红色箭头）（下面的红色箭头）:前面收敛的子步（绿色箭头）可以象平常一样后处理。前面收敛的子步（绿色箭头）可以象平常一样后处理。ConvergedConvergedConvergedUnconverged第四