ANSYS非线性不收敛问题及解决

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1、非线性逼近技术。在 ANSYS里还是牛顿-拉普森法和弧长法。牛顿 -拉普森法是常用的方法，收敛速度较快，但也和结构特点和步长有关。弧长法常被某些人推崇备至，它能算 出力加载和位移加载下的响应峰值和下降响应曲线。但也发现：在峰值点，弧长法仍可 能失效，甚至在非线性计算的线性阶段，它也可能会无法收敛。本文介绍了 ANSYS中常见的一些非线性不收敛问题和相关分析。影响非线性收敛稳定性及其速度的因素很多：1、模型主要是结构刚度的大小。对于某些结构，从概念的角度看，可以认为它 是几何不变的稳定体系。但如果结构相近的几个主要构件刚度相差悬殊，在数值计算中就 可能导致数值计算的较大误差，严重的可能会导致结构

2、的几何可变性一一忽略小刚度构件的刚度贡献。 如出现上述的结构，要分析它，就得降低刚度很大的构件单元的刚度，可以加细网格划分，或着改用高阶单元(BEAM-SHELL,SHELL-SOLID)。构件的连接形式(刚接或较接)等也可能影响到结构的刚度。2、线性算法(求解器)。ANSYS中的非线性算法主要有：稀疏矩阵法(SPARSE DIRECT SOLVER)、预共轲梯度法(PCG SOLVER)和波前法(FRONT DIRECT SLOVER)。稀疏矩 阵法是性能很强大的算法，一般默认即为稀疏矩阵法(除了子结构计算默认波前法外 )。预共轲梯度法对于 3-D实体结构而言是最优的算法，但当结构刚度呈现病

3、态时，迭代不易收 敛。为此推荐以下算法：1)、BEAM单元结构，SHELL单元结构，或以此为主的含 3-D SOLID 的结构，用稀 疏矩阵法；2）、3-D SOLID的结构，用预共轲梯度法3）、当你的结构可能出现病态时，用稀疏矩阵法；4）、当你不知道用什么时，可用稀疏矩阵法。3、非线性逼近技术。在 ANSYS里还是牛顿-拉普森法和弧长法。牛顿-拉普森法是常 用的方法，收敛速度较快，但也和结构特点和步长有关。弧长法常被某些人推崇备至，它 能算出力加载和位移加载下的响应峰值和下降响应曲线。但也发现：在峰值点，弧长法仍 可能失效，甚至在非线性计算的线性阶段，它也可能会无法收敛。为此，尽量不要从开始

4、即激活弧长法，还是让程序自己激活为好（否则出现莫名其妙的问题）。子步（时间步）的步长还是应适当，自动时间步长也是很有必要的。4、加快计算速度在大规模结构计算中，计算速度是一个非常重要的问题。下面就如何提高计算速度作 一些建议：充分利用ANSYS MAP分网和SWEEP分网技术，尽可能获得六面体网格，这一方面 减小解题规模，另一方面提高计算精度。在生成四面体网格时，用四面体单元而不要用退化的四面体单元。比如 95号单元有 20节点，可以退化为10节点四面体单元，而 92号单元为10节点单元，在此情况下用 9 2号单元将优于95号单元。o选择正确的求解器。对大规模问题，建议采用PCG法。此法比波前

5、法计算速度要快0倍以上(前提是您的计算机内存较大)。对于工程问题，可将 ANSYS缺省的求解精度从1E-8改为1E-4或1E-5即可。5、荷载步的设置直接影响到收敛。应该注意以下几点：1、设置足够大的荷载步(将MAXMIUM SUBSTEP=1000000),可以更容易收敛，避免发散的出现(nsub,nsbstp,nsbmx,nsbmn);2、设置足够大的平衡迭代步数，默认为25,可以放大到很大(100)(eqit,eqit);3、将收敛准则调整，以位移控制时调整为0.05 ,以力控制为0.01(CNVTOL,lab,value,toler,norm,minref) 。4、对于线性单元和无中间

6、节点的单元(SOLID65和SOLID45),关闭EXTRA DISPLACEMENTS OPTIONS( 在 OPTIONS 中)。5、对于CONCRETE材料，可以关闭压碎功能，将 CONCRETE中的单轴抗压强度设置为-1(tadata,mat,shrcf-op,shrcf-cl,UntensSt,UnCompSt(-1)。ANSYS非线性分析时的收敛问题 作者：宋俊磊-可编辑修改-ANSYS 中,非线性收敛准则主要有力的收敛，位移的收敛，弯矩的收敛和转角的收敛。一般用力的控制加载时，可以使用残余力的 2- 范数控制收敛；而位移控制加载时，最好用位移的范数控制收敛。ansys 计算非线性

7、时会绘出收敛图，其中横坐标是cumulative iteration number 纵坐标是 absolute convergence norm 。他们分别是累积迭代次数和绝对收敛范数，用来判断非线性分析是否收敛。ansys 在每荷载步的迭代中计算非线性的收敛判别准则和计算残差。其中计算残差是所有单元内力的范数，只有当残差小于准则时，非线性叠代才算收敛。 ansys 的位移收敛是基于力的收敛的 , 以力为基础的收敛提供了收敛量的绝对值，而以位移为基础的收敛仅提供表现收敛的相对量度。一般不单独使用位移收敛准则,否则会产生一定偏差,有些情况会造成假收敛 .（ansys 非线性分析指南-基本过程 P

8、age.6） 。因此 ansys 官方建议用户尽量以力为基础（或力矩）的收敛误差，如果需要也可以增加以位移为基础的收敛检查。 ANSYS 缺省是用 L2 范数控制收敛。其它还有L1 范数和 L0 范数，可用 CNVTOL 命令设置。在计算中 L2 值不断变化，若L2crit 的时候判断为收敛了。也即不平衡力的 L2 范数小于设置的criterion 时判断为收敛。由于 ANSYS 缺省的 criterion 计算是你全部变量的平方和开平方（SRSS） *valuse（你设置的值） ，所以crition 也有小小变化。如有需要，也可自己指定 crition 为某一常数，CNVTOL,F,1000

9、0,0.0001,0 就指定力的收敛控制值为 10000*0.0001=1 。另外，非线性计算中用到的一个开关是SOLCONTROL 如关闭 SOLCONTROL 选项，那么软件默认收敛准则：力或弯矩的收敛容差是0.001 ,而不考虑位移的收敛容差；如果打开SOLCONTROL选项，同样的默认收敛准则：力或弯矩的收敛容差是0.005 ,而位移收敛容差是 0.05。非线性收敛非常麻烦，与网格精度、边界条件、荷载步等一系列因素有关，单元的特点对收敛的影响很大，单元的性态不好收敛则困难些；合理的步长可以使求解在真解周围 不至于振荡，步长过小，计算量太大，步长过大，会由于过大的荷载步造成不收敛。网格

10、密度适当有助于收敛，网格太密计算量太大，当然太稀计算结果会有较大的误差。究竟多 少往往要针对问题进行多次试算。如果不收敛，可以考虑一下方法改进1 .放松非线性收敛准则。(CNVTOL #Sets convergence values for nonlinear analyses).2 .增加荷载步数。(NSUBST #Specifies the number of substeps to be taken this load step)3 .增加每次计算的迭代次数(默认的25次)(NEQIT #Maximum number of equilibrium iterations allowed e

11、ach substep)4 重新划分单元试试，后续会得到不同的答案。应注意到，放大收敛准则其实是在降低计算精度的条件下得到近似解，并且放大的收敛准则是否与实际相符或有实际意义应仔细考虑。加快收敛的方法有一下几种：1可以增大荷载子步数 ，nsubst,nsbstp,nsbmn,carry2 修改收敛准则，cnvtol,lab,value,toler,norm,minref3打开优化的非线性默认求解设置和某些强化的内部求解算法solcontrol,key1,key2,key3,vtol （一般情况下，默认是打开的）4重新划分网格，网格的单元不宜太大或太小，一般在510厘米左右5 检查模型的正确性非

12、线性问题耗时，求解起来比较麻烦，一旦发生不收敛，需要重新设置边界条件，重新求解，非常耽误时间。使用分析重启动的方法能解决这个问题。就好像 flashget 一样，断点续传。不至于重从再来。有关分析重启动的设置：solution control里面有一项是设置分析重启动的。可以选择写多少个重启动文件，每隔多少子步写一个重启动文件。（系统默认是在最后一步写重启动文件。）一旦发生求解不收敛，系统会保留到前一个收敛的子步的信息，下次再分析时，将从那里开始。当进行重启动分析时，系统会弹出来一个文件框，里面纪录了你的求解信息，按照提示，就可以进行重启动分析。大量节省时间！我是这样理解的例如下面的命令流：C

13、NVTOL, Lab, VALUE, TOLER, NORM , MINREFcnvtol,f,5000,0.0005,0-可编辑修改-cnvtol,u,10,0.001,2如果不平衡力（独立的检查每一个自由度）小于等于5000*0.0005 （也就是 2.5 ），并且如果位移的变化小于等于10*0.001 时，认为子步是收敛的。ANSYS 中收敛准则，程序默认力与位移共同控制，并且收敛的控制系数好像是0.001 。这样的收敛精度一般很难使塑性分析收敛，对于一般的塑性分析收敛问题，前几个荷载步（弹性阶段）用力与位移共同控制，进入塑性后用力控制或位移控制，也可以先用力后用位移控制（位移控制比较容

14、易收敛），至于控制系数取多少，自己根据需要逐步放大直至收敛！也有人建议最后用能量来控制收敛， convergence value 是收敛值， convergence norm 是收敛准则。 ansys 可以用 cnvtol 命令 ,如： cnvtol,f,10000,0.00001,2, 其中 f 是指采用力结果， 10000 是收敛绝对值， 0.00001 是收敛系数， 2 是收敛 2 范数。收敛准则应该是指选取那种结果进行收敛判定，通常有三种选择，分别是力（ f ），位移（ u ）、和能量。当然这三种形式可以单独使用也可以联合使用。收敛准则的另一层意思应该是选取什么范数形式（ 1 、 2 、 3 范数）。一般结构通常都选取2 范数格式。 而收敛值只是收敛准则中的一部分，如 cnvtol 命令中的收敛绝对值与收敛系数的乘积就应该是你所指的收敛值（ convergence value ）。ansys 使用收敛准则有L1 ， L2 ， L （无穷大）三个收敛准则。 在工程中，一般使用收敛容差（ 0.05 ）就可以拉。建议使用位移收敛准则 (cnvtol,u,0.05, ) 与力收敛准则 (cnvtol,f,0.05,) 。因为仅仅只使用 一个收敛准则，会存在较大的误差。假如你只能是使用一个收敛准则，建议你提高收敛容差( 0.01 以下)。-可编辑修改-