基于ANSYS的重啟動(dòng)分析(1) —— 基本概念

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(diǎn)在百萬(wàn)甚至千萬(wàn)量級(jí)，分析類(lèi)型包含較多的非線性，如彈塑性、大變形和接觸等因素，則會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)問(wèn)題：收斂問(wèn)題和分析時(shí)間較長(zhǎng)的問(wèn)題，分析參數(shù)的設(shè)置和載荷都會(huì)影響收斂性，調(diào)收斂性是工程師十分頭疼的問(wèn)題之一。如果改變參數(shù)或載荷進(jìn)行重新分析，則分析時(shí)間太長(zhǎng)，效率太低，那么有沒(méi)有一個(gè)方法可以在出現(xiàn)不收斂時(shí)，暫停分析，待分析參數(shù)或載荷改變后繼續(xù)分析呢？

當(dāng)一個(gè)分析已經(jīng)完成，若此時(shí)因?yàn)樵O(shè)計(jì)和實(shí)際情況發(fā)生改變需要增加載荷種類(lèi)或延長(zhǎng)載荷的時(shí)間歷程，如何才能避免重新分析而在前一個(gè)分析結(jié)束時(shí)繼續(xù)分析呢？

當(dāng)一個(gè)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(shí)時(shí)變化，如何才能在分析過(guò)程中間暫停，提取結(jié)果進(jìn)行處理后，確定下一次分析的輸入呢？

ANSYS提供了一個(gè)重啟動(dòng)(RESTART)分析功能，可以解決以上問(wèn)題。

重啟動(dòng)分類(lèi)

一般分為單框架重啟動(dòng)和多框架重啟動(dòng)，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(dòng)。

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(jìn)行分析，則需要單框架重啟動(dòng)；若在非線性分析中，我們需要在某一個(gè)載荷步的某一個(gè)子步狀態(tài)下進(jìn)行分析，則就需要多框架重啟動(dòng)。

需要滿足的條件

線性或非靜力(準(zhǔn)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(chǎng)諧響應(yīng)分析；

初始分析時(shí)，至少完成一個(gè)迭代步，即需要.RDB文件；

不能因?yàn)橄到y(tǒng)崩潰或者強(qiáng)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(dòng)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?yàn)榉蔷€性分析而中斷，則文件是自動(dòng)保存的，如果分析為基于模態(tài)疊加的時(shí)域分析時(shí)，無(wú)法重啟動(dòng)；

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?yàn)槌霈F(xiàn)不收斂，如位移超出限值等時(shí)，需要?jiǎng)h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(dòng)分析的結(jié)果文件會(huì)追加到結(jié)果文件中；

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

多框架重啟動(dòng)需要如下文件：

Jobname.RDB文件，在第一個(gè)載荷步第一個(gè)子步完成后自動(dòng)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(huì)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(guò)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(shí)域數(shù)據(jù)以及每一個(gè)載荷步的載荷和邊界條件信息，目的就是在重啟動(dòng)分析開(kāi)始時(shí)，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(duì)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(shí)收斂的，如果不收斂，則會(huì)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(shí)域分析，包括了單個(gè)子步下的模態(tài)位移、速度和加速度信息。

重啟動(dòng)分析的一些限制條件

在重啟動(dòng)分析過(guò)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(dòng)分析過(guò)程中再次運(yùn)行以上2個(gè)命令；

.RDB文件只包括第一個(gè)載荷步的第一個(gè)載荷子步結(jié)束時(shí)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(huì)被保存，需要在重啟動(dòng)分析過(guò)程中再次定義，當(dāng)然，也可以用parsav命令保存，然后再重啟動(dòng)分析過(guò)程中用parres恢復(fù)參數(shù)，此問(wèn)題也會(huì)出現(xiàn)在改變單元實(shí)常數(shù)的情況，即R命令要放在重啟動(dòng)分析過(guò)程中；

重啟動(dòng)分析的子步數(shù)不能大于9999；

不支持使用弧長(zhǎng)法(ARCLEN)的多框架重啟；

因?yàn)檩d荷和邊界條件信息都記錄在.LDHI文件中，是在節(jié)點(diǎn)上的而不是在幾何模型上的，所有要?jiǎng)h除這些載荷和邊界就必須直接在節(jié)點(diǎn)上進(jìn)行刪除；

在重啟動(dòng)分析過(guò)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(dòng)時(shí)候的狀態(tài)，包括如下三個(gè)過(guò)程：

恢復(fù)數(shù)據(jù)庫(kù)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(duì)載荷邊界和求解命令等做出相應(yīng)的修改來(lái)覆蓋之前的設(shè)置。

最后

本文主要討論了在ANSYS中進(jìn)行重啟動(dòng)分析的條件以及注意事項(xiàng)，下文主要討論具體的實(shí)現(xiàn)過(guò)程。