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浅谈隐式计算不收敛问题
2021-09-10 15:36:11· 来源：上汽安全与CAE技术
LS-DYNA是汽车CAE仿真领域绕不过去的一个软件，广泛应用于碰撞和强度分析。LS-DYNA包含显式求解和隐式求解，其中隐式求解的收敛性问题往往对新手工程师造成很大
LS-DYNA是汽车CAE仿真领域绕不过去的一个软件，广泛应用于碰撞和强度分析。LS-DYNA包含显式求解和隐式求解，其中隐式求解的收敛性问题往往对新手工程师造成很大的困扰。本文结合小编有限的经验，粗浅地讨论下隐式计算不收敛的问题，希望能对大家提供一些有益的帮助。
众所周知，相较于显式计算，隐式计算存在不收敛的问题。这是因为隐式计算认为t+△t时刻系统的状态不仅与t时刻状态有关，且与t+△t时刻某些量有关，需要联立方程组，通过迭代的方式求解，求解的过程可能不收敛或出现病态而无确定解。显式计算认为t+△t时刻系统的状态，完全可由t、t-△t时刻的状态决定，因此不存在收敛性问题。
隐式非线性分析实质是通过若干线性分析去不断逼近的过程。其收敛过程如图1。对于外力，求解器会基于的切线刚度，计算出一个位移，并得出基于的内力 ，是外力和内力的差值。对于一个处于平衡状态的结构，其内外力是相等的，但在非线性分析中，不会为0。当大于设定的容差时，继续进行下一次迭代，直至满足容差要求。与此同时，两次迭代的位移差也需满足设定的容差。当与均满足容差要求时，则认为收敛。
图 1
在实际工作中，针对Dyna隐式计算不收敛问题，有以下几个需要重点考虑的关键点：
1、使用*CONTROL_IMPLICIT_EIGEN
VALUE关键字，计算模型的约束模态。查看是否存在刚体模态或不正常的模态振型。如果存在刚体模态就检查约束和连接的完整性，若存在不正常的模态振型，则要考察具体零件连接的完整性；
2、是否有悬空的焊点或只连接一侧的焊点；
3、对于切割的模型，重点查看边界处是否约束了焊点或刚体；
4、是否存在穿透或接触设置中是否考虑了忽略初始穿透；
5、模型中单位是否一致；
6、设置* CONTROL_IMPLICIT_SOLU
TION>D3ITCTL=1,输出每次迭代结果文件D3ITER，考察每次迭代模型的变形；
7、改变约束形式，通过限制刚片或RIGID位移替代SPC约束；
8、在结果不敏感的前提下，适当放宽收敛准则。
总结一下，隐式计算不收敛可从四个方面考虑，模型本身、约束、载荷、接触，小编一般按照图2所示流程边做边检查，每一步完成后都可以单独提交debug计算，这样做的好处是能准确定位出现问题的步骤并及时改正，避免整个模型做完后提交debug报错却无从下手的情况，当然，熟练之后就可以直接做完整个模型提交计算了。通过不断的实践和持续的经验总结，结构性能工程师最终能够解决隐式计算不收敛的问题。
图 2
众所周知，相较于显式计算，隐式计算存在不收敛的问题。这是因为隐式计算认为t+△t时刻系统的状态不仅与t时刻状态有关，且与t+△t时刻某些量有关，需要联立方程组，通过迭代的方式求解，求解的过程可能不收敛或出现病态而无确定解。显式计算认为t+△t时刻系统的状态，完全可由t、t-△t时刻的状态决定，因此不存在收敛性问题。
隐式非线性分析实质是通过若干线性分析去不断逼近的过程。其收敛过程如图1。对于外力，求解器会基于的切线刚度，计算出一个位移，并得出基于的内力 ，是外力和内力的差值。对于一个处于平衡状态的结构，其内外力是相等的，但在非线性分析中，不会为0。当大于设定的容差时，继续进行下一次迭代，直至满足容差要求。与此同时，两次迭代的位移差也需满足设定的容差。当与均满足容差要求时，则认为收敛。
图 1
在实际工作中，针对Dyna隐式计算不收敛问题，有以下几个需要重点考虑的关键点：
1、使用*CONTROL_IMPLICIT_EIGEN
VALUE关键字，计算模型的约束模态。查看是否存在刚体模态或不正常的模态振型。如果存在刚体模态就检查约束和连接的完整性，若存在不正常的模态振型，则要考察具体零件连接的完整性；
2、是否有悬空的焊点或只连接一侧的焊点；
3、对于切割的模型，重点查看边界处是否约束了焊点或刚体；
4、是否存在穿透或接触设置中是否考虑了忽略初始穿透；
5、模型中单位是否一致；
6、设置* CONTROL_IMPLICIT_SOLU
TION>D3ITCTL=1,输出每次迭代结果文件D3ITER，考察每次迭代模型的变形；
7、改变约束形式，通过限制刚片或RIGID位移替代SPC约束；
8、在结果不敏感的前提下，适当放宽收敛准则。
总结一下，隐式计算不收敛可从四个方面考虑，模型本身、约束、载荷、接触，小编一般按照图2所示流程边做边检查，每一步完成后都可以单独提交debug计算，这样做的好处是能准确定位出现问题的步骤并及时改正，避免整个模型做完后提交debug报错却无从下手的情况，当然，熟练之后就可以直接做完整个模型提交计算了。通过不断的实践和持续的经验总结，结构性能工程师最终能够解决隐式计算不收敛的问题。
图 2
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