При выполнении расчетов статического или полного переходного процессов можно использовать диалоговую панель Solution Controls для назначения большого количества опций шага нагрузок, описанных ниже. При необходимости указан порядок вызова диалоговой панели Solution Controls. Подробности применения диалоговой панели Solution Controls см. в главе Расчет задач МДТТ .

Команда TIME определяет время в конце шага нагрузки при выполнении статических исследований и анализе переходных процессов. В переходных процессах и других исследованиях, учитывающих скорость процессов, команда TIME определяет фактическое хронологическое время, и от пользователя требуется указывать его значение. В других исследованиях, где скорость протекания процессов не учитывается, время используется как параметр приложения нагрузок. Получение нулевого значения времени в комплексе ANSYS невозможно. При вызове команды ТЛМЕ,0 или Т1МЕ,(пробел), или если команда TIME вообще не используется, комплекс ANSYS использует значение времени, установленное по умолчанию: 1.0 для первого шага нагрузки и 1.0 + предыдущее значение времени для последующих шагов нагрузки. Вызов отсчета нулевого времени при анализе переходных процессов определяет весьма малое значение времени, порядка, задаваемого командой TIME, 1Е-6.

При анализе нелинейных или переходных процессов требуется указывать число промежуточных шагов, производящихся в пределах шага нагрузки. Это значение определяется указанной ниже командой.

Команда DELTIM

Вызов из экранного меню:

Main Menu => Preprocessor => Loads => Time/Frequenc => Time & Time Step.

Main Menu => Solution => Soln Control:Basic Tab.

Main Menu => Solution => Time/Frequenc => Time & Time Step.

Main Menu => Solution => Unabridged Menu => Time/Frequenc = Time & Time Step.

Команда NSUBST

Вызов из экранного меню:

Main Menu => Preprocessor => Loads => Time/Frequenc => Freq & Substeps or Time and Substps.

Main Menu => Solution => Soln Control:Basic Tab.

Main Menu => Solution => Time/Frequenc => Freq & Substeps or Time and Substps.

Main Menu => Solution => Unabridged Menu => Time/Frequenc => Freq & Sub-steps or Time and Substps.

Команда NSUBST определяет номер промежуточных шагов, а команда DELTIM определяет шаг времени (такт). По умолчанию комплекс ANSYS использует один промежуточный шаг на один шаг нагрузки.

Команда AUTOTS вызывает автоматическое назначение шага времени. Из экранного меню она вызывается следующими способами:

Main Menu => Preprocessor => Loads => Time/Frequenc => Time & Time Step or Time and Substps.

Main Menu => Solution => Soln ControbBasic Tab.

Main Menu => Solution => Time/Frequenc => Time & Time Step or Time and Substps.

Main Menu => Solution => Unabridged Menu => Time/Frequenc Time & Time Step or Time and Substps.

При автоматическом назначении шага по времени комплекс вычисляет оптимальный такт в конце каждого промежуточного шага на основе отклика модели или компонента на приложенные нагрузки. При использовании нелинейного статического (или стационарного) расчета команда AUTOTS определяет размер приращений нагрузки на промежуточных шагах.

При определении нескольких промежуточных шагов в пределах одного шага нагрузки следует указывать, прикладывается ли нагрузка скачкообразно или плавно. Для этой цели используется команда КВС: команда КВС.О соответствует плавному приложению нагрузок, команда КВС,1 - ступенчатому. Значение по умолчанию зависит от типа расчета и типа анализа.

Команда КВС

Вызов из экранного меню:

Main Menu => Solution => Soln ControhTransient Tab.

Main Menu => Solution => Time/Frequenc => Freq & Substeps or Time and Substps or Time & Time Step.

Main Menu => Solution => Unabridged Menu => Time/Frequenc Freq & Sub-steps or Time and Substps or Time & Time Step.

Дополнительно имеется возможность указания следующих опций.

- Указание ссылочной (начальной) температуры, при которой значения температурных деформаций равны нулю. Температура указывается следующей командой:

Команда TREF

Вызов из экранного меню:

Main Menu => Preprocessor => Loads => Other Reference Temp. Main Menu => Preprocessor => Loads => Settings => Reference Temp. Main Menu => Solution => Other => Reference Temp. Main Menu => Solution => Settings => Reference Temp.

- Указание на создание новой треугольной матрицы для каждого решения (то есть для выполнения каждой итерации). Может применяться при анализе статических или переходных процессов.

Команда KUSE

Вызов из экранного меню:

Main Menu Preprocessor = Loads = Other = Reuse Tri Matrix. Main Menu Solution Other = Reuse Tri Matrix.

По умолчанию комплекс сам решает вопрос о создании новой матрицы на основе информации об изменении значений степеней свобод, свойств материалов, зависящих от температуры, и примененных опциях расчета методом Ньютона - Рафсона. Если аргументу команды KUSE назначено значение 1, комплекс многократно использует предыдущую треугольную матрицу. Если расчет повторно вызывается для приложения дополнительных шагов нагрузки и можно использовать существующую треугольную матрицу (хранящуюся в файле Jobname.TRI), применение команды KUSE,1 уменьшает время вычисления. В результате применения команды KUSE,-1 треугольная матрица будет создаваться при каждой новой итерации. Такие действия редко применяются в большинстве расчетов, но используются при отладочных процессах.

- Номер окружной гармоники (число узловых диаметров при колебаниях или иных процессах расчета осесимметричной расчетной модели), симметричной или антисимметричной относительно оси X глобальной системы координат. Указывается при использовании осесимметричных гармонических элементов (осесимметричных элементов с неосесимметричной нагрузкой), для которых нагрузки определены как ряд гармонических составляющих (то есть как ряд Фурье). Для определения номера гармоники используется указанная ниже команда.

Команда MODE

Вызов из экранного меню:

Main Menu Preprocessor Loads Other => For Harmonic Ele. Main Menu Solution Other For Harmonic Ele. Подробности см. в описании гармонических элементов, применяемых в ANSYS.

- Тип скалярного магнитного потенциала, используемого в расчете анализа трехмерного магнитного поля, указывается следующей командой:

Команда MAGOPT

Вызов из экранного меню:

Main Menu => Preprocessor Loads => Magnetics potential formulation method.

Main Menu Solution Magnetics potential formulation method.

- Тип решения, которое будет подвергаться расширению на шаге расширения решения, указывается следующими командами:

Команды NUMEXP, EXPSOL

Main Menu Preprocessor Loads ExpansionPass => Range of Solus.

Main Menu=> Solution ExpansionPass Range of Solus.

Main Menu Preprocessor Loads ExpansionPass => By Load Step.

Main Menu Preprocessor Loads ExpansionPass => By Time/Freq.

Main Menu Solution ExpansionPass By Load Step.

Main Menu Solution ExpansionPass By Time/Freq.

К опциям динамических расчетов относятся опции, используемые по преимуществу в расчетах динамических характеристик и анализе переходных процессов. Эти опции включают в себя следующее.

Таблица 4.10. Команды расчетов динамических и переходных процессов

Команда Вызов из экранного меню

Выполняемое действие

TIMINT Main Menu => Preprocessor => Loads => Time/Frequenc => Time Integration

Main.Menu => Solution => Soln ControhBasic Tab Main Menu => Solution => Time/Frequenc => Time Integration Main Menu => Solution => Unabridged Menu => Time/Frequenc => Time Integration

HARFRQ Main Menu => Preprocessor => Loads => Time/Frequenc => Freq & Substeps

Main Menu => Solution => Time/Frequenc => Freq & Substeps ALPHAD Main Menu => Preprocessor => Loads => Time/Frequenc => Damping

Main Menu => Solution => Soln ControhTransient Tab Main Menu => Solution => Time/Frequenc => Damping Main Menu => Solution => Unabridged Menu => Time/Frequenc => Damping

BETAD Main Menu => Preprocessor => Loads = Time/Frequenc => Damping

Main Menu => Solution => Soln Control:TransientTab

Main Menu => Solution => Time/Frequenc=>Damping

Main Menu => Solution => Unabridged Menu => Time/Frequenc

=> Damping

DMPRAT Main Menu => Preprocessor => Loads => Time/Frequenc => Damping

Main Menu => Solution => Time/Frequenc => Damping MDAMP Main Menu => Preprocessor => Loads =>Time/FrequenC => Damping

Main Menu => Solution => Time/Frequenc => Damping

Вызов или остановка эффектов интегрирования по времени

Определение спектра нагрузок в гармоническом анализе

Определение демпфирования в задачах расчета прочности

Определение демпфирования в задачах расчета динамических свойств

Определение демпфирования в задачах расчета прочности

Определение демпфирования в задачах расчета динамических свойств

К опциям нелинейных расчетов относятся опции, используемые по преимуществу в расчетах нелинейных процессов. Эти опции включают в себя следующее.

Таблица 4.11. Команды нелинейных процессов

Команда Вызов из экранного меню

Выполняемое действие

NEQIT Main Menu => Preprocessor => Loads = Nonlinear => Equilibrium Iter

Main Menu => Solution => Soln Control:Nonlinear Tab Main Menu => Solution =* Nonlinear => Equilibrium Iter Main Menu => Solution => Unabridged Menu => Nonlinear => Equilibrium Iter

CNVTOL Main Menu => Preprocessors Loads=>Nonlinear=> Convergence Crit

Main Menu => Solution => Soln Control:Nonlinear Tab Main Menu => Solution => Nonlinear => Convergence Crit Main Menu => Solution => Unabridged Menu => Nonlinear => Convergence Crit

NCNV Main Menu => Preprocessor => Loads => Nonlinear => Criteria to Stop

Main Menu => Solution => Soln Control:Advanced NLTab Main Menu => Solution => Nonlinear => Criteria to Stop Main Menu => Solution => Unabridged Menu => Nonlinear => Criteria to Stop

Указание максимального числа итераций на промежуточном шаге (по умолчанию 25)

Указание допусков сходимости

Указание опции прекращения расчета

Опции выходных результатов включают в себя опции, используемые для указания количества и типов результатов расчета. Эти опции включают в себя следующее.

Таблица 4.12. Команды указания результатов

При выполнении собственно процедуры расчета компьютер использует и производит расчет на основе системы уравнений, созданной в ходе работы метода конечных элементов. В состав результатов расчета входит следующее:

- значения узловых степеней свобод, являющихся первичными результатами;

- производные результаты, к которым относятся элементные результаты.

Элементные результаты обычно вычисляются в элементных точках интегрирования. Комплекс ANSYS записывает результаты в базу данных, а также в файлы результатов (.RST, .RTH, .RMG или .RFL).

В комплексе ANSYS имеются следующие методы решения системы уравнений: прямой способ расчета задач с разреженными матрицами, прямой фронтальный метод, метод сопряженных градиентов Якоби (JCG), неполный метод сопряженных градиентов (ICCG), предварительно обусловленный метод сопряженных градиентов (PCG) и автоматически выбираемый метод (ITER). По умолчанию применяется прямой метод расчета разреженных матриц, за исключением случаев шага создания матриц при использовании подконструкций. и расчета задач электромагнетизма, в которых используется прямой фронтальный метод. В добавление к этим методам имеются два метода, применяемых для многопроцессорных вычислительных систем: метод, используемый в многопроцессорных компьютерах (AMG), и метод, применяемый при наличии распределенной вычислительной системы (DDS).

Выбор метода расчета проводится указанной ниже командой.

Команда выбора метода расчета EQSLV

Main Menu => Solution Analysis Options.

Main Menu => Solution Unabridged Menu Analysis Options.

Фронтальный метод не производит сборки глобальной матрицы жесткости. Вместо этого комплекс ANSYS исполняет создание матриц жесткости и выполнение шага нагрузки одновременно при обработке каждого элемента.

Прямой метод основан на прямом удалении уравнений, в противоположность итерационным методам, в которых решение получается косвенными средствами (итерационным путем). Поскольку прямой способ основан на прямом исключении, он не встречает затруднений при использовании плохо обусловленных матриц.

Метод проведения расчета JCG также проводит сначала создание элементных матриц, но в дальнейшем процедура различается с описанным выше. Вместо матрицы жесткости, приведенной к треугольному виду, метод JCG создает полную матрицу жесткости. Значения степеней свобод (DOF) вычисляются итерационным способом, а в качестве начальной итерации используется тривиальное решение (то есть тождественно равное 0). Метод JCG рекомендуется для исследования трехмерных задач, использующих разреженные матрицы большой размерности, с одной степенью свободы в узле, например для расчета объемных магнитных полей.

Метод ICCG применим только для статических расчетов, полных гармонических (команда HROPT,FULL) и полных переходных (команда TRNOPT.FULL) расчетов. Тип расчета определяется командой ANTYPE. Метод ICCG рекомендуется для моделей, имеющих разреженные матрицы, а также для элементов с симметричными и несимметричными матрицами. Расчет для большинства задач выполняется быстрее, чем фронтальным методом.

Метод PCG подобен методу JCG, но имеет следующие отличия:

- метод PCG при решении задач НДС для объемных элементов обычно затрачивает времени от 4 до 10 раз меньше, а для оболочек - в 10 раз меньше, чем метод PCG; разница во времени расчета увеличивается с ростом размерности задачи;

- при расчете используется файл .ЕМАТ, а не файл .FULL;

- метод JCG использует диагональные элементы матрицы жесткости для определения предварительных условий; метод PCG использует более совершенные предварительные условия;

- при применении метода PCG требуется примерно в 2 раза больше памяти, чем при применении метода JCG, поскольку в памяти хранятся две матрицы:

- предварительные условия, размер которых соизмерим с размером матрицы жесткости;

- симметричная, ненулевая часть матрицы жесткости.

При исследовании задач НДС, содержащих элементы SOLID92, и при использовании команды MSAVE,ON объем экономящейся памяти составляет до 70%. Команда MSAVE использует поэлементный подход (который предпочтительнее, чем использование глобальной матрицы жесткости) для фрагментов модели, состоящих из элементов SOLID92, которым присвоены материалы с линей-

ными свойствами. Данный способ применим исключительно при малых деформациях (команда NLGEOM,OFF) в статическом или полном переходном расчетах. Данные типы расчета вызываются соответственно командами ANTYPE.STATIC, HROPT,FULL или TRNOPT.FULL. Время расчета зависит от скорости процессора и изготовителя компьютера.

Алгебраический многопроцессорный метод (AMG) основан на многоуровневом методе расчета, является итерационным методом и может использоваться в однопроцессорном и многопроцессорном режимах. Для использования данного метода требуется отдельная дополнительная лицензия.

Алгебраический многопроцессорный метод применяется для расчетов типа STATIC и TRANS (полный метод). Метод весьма эффективен при расчетах одно-дисциплинарных задач, в которых степени свобод (DOF) сводятся к перемещениям UX, UY, UZ, ROTX, ROTY и ROTZ. Для задач типа термического расчета (где степенью свободы является TEMP) метод AMG менее эффективен. Рекомендуется также для некорректных задач, в которых методы PCG и ICCG испытывают трудности со сходимостью решения в однопроцессорном и многопроцессорном режимах. Применительно к затрачиваемому процессорному времени (CPU) при использовании однопроцессорного режима в решении некорректных задач метод AMG работает быстрее, чем методы PCG и ICCG, что выполняется и для обычных задач. При использовании многопроцессорного режима в случае использования общей памяти для параллельных процессоров метод AMG получает результат быстрее, чем методы PCG и ICCG. Метод AMG также пригоден для вырожденных матриц в задачах нелинейного расчета.

Метод распределенных вычислительных систем (DDS) разделяет большую модель на ряд малых областей и затем распределяет обработку областей по отдельным процессорам. Для использования данного метода требуется отдельная дополнительная лицензия.

Метод DDS применяется для очень больших статических или полных переходных задач с симметричными матрицами, в том числе с учетом начальных напряжений, инерции, наложенных связей на степени свобод или для задач, использующих вероятностный анализ моделей (PDS). Данный метод не рекомендуется для расчета моделей, состоящих исключительно из стержней, балок и оболочек, для которых могут иметься проблемы со сходимостью решения. Данный метод может применяться для моделей, состоящих из комбинации объемных КЭ, стержней, балок и оболочек. Данный метод не может применяться для моделей, содержащих элементы типа LINK, р-элементы, суперэлементы или элементы типа PRETS179. При использовании большого числа процессоров данный метод позволяет существенно уменьшать время расчета.

Опция автоматического выбора метода расчета (команда EQSLV,ITER) выбирает подходящий метод расчета (PCG, JCG и т. д.), основываясь на физическом смысле рассчитываемой задачи. При использовании автоматического выбора метода расчета необходимо указать признак точности. Признак точности является целым числом в диапазоне от одного до пяти и используется для выбора точности интерактивного метода при определении сходимости. Уровень точности 1 соот-

ветствует ускоренной сходимости (минимальному числу итераций), а уровень 5 -замедленной сходимости (максимальной точности, получаемой при увеличенном числе итераций).

При выполнении ряда типов расчета НДС можно использовать специальные средства расчета:

- сокращенное меню Abridged Solutions*, которое может применяться при статическом расчете, переходных процессах (все типы расчетов), определении форм и частот колебаний и в задачах устойчивости;

- диалоговую панель Solution Controls*, которая может применяться при статическом расчете и переходных процессах (полный вариант).

При использовании меню для выполнения расчетов НДС статического, переходного, форм и частот колебаний или устойчивости можно использовать сокращенное или несокращенное меню Solution:

- в несокращенном (полном) меню Unabridged Solution* перечислены все опции проведения расчета, вне зависимости от того, рекомендуются ли таковые или даже применяются ли они при выполнении текущего типа расчета (если в текущем типе расчета опция неприменима, она все равно присутствует в меню, но недоступна);

- меню Abridged Solution* имеет более простой вид; в нем перечислены только те опции, которые применяются в текущем виде расчета; например, при выполнении статического расчета опция Modal Cyclic Sym в сокращенном меню Solution не показывается; в меню имеются только опции, которые могут применяться (или рекомендуются) при выполнении указанного типа расчета.

При выполнении расчетов НДС по умолчанию при вызове модуля решения (Main Menu => Solution) появляется сокращенное меню, показанное на рис. 4.4.

При использовании статического или полного переходного процессов для выполнения процедуры решения можно использовать опции, имеющиеся в показанном выше меню. Однако в зависимости от типа расчета вид меню по умолчанию изменяется. Новый вид меню будет соответствовать настройкам выбранного типа расчета.

Все варианты сокращенного меню Solution содержат опцию Unabridged Мепи . Данная опция всегда доступна для использования в случае, если пользователь предпочитает работать с несокращенным меню.

Если пользователь проводит расчет одного типа и затем собирается провести новый в том же самом сеансе работы с ANSYS (без выхода из комплекса), комплекс предъявит тот же самый тип Рис. 4.4. Вид сокращенного меню Solution, что и использованный в первом меню Solution по умолчанию расчете. Например, если используется несокра-

□

Solutio

Analysis Туре

Define Loads

Load Step Opts

SE Management (CMS)

Results Tracking

Solve

FSI Set Up

MultiField Set Up

Diagnostics

Unabridged Menu

щенное (полное) меню Solution для выполнения статического расчета и далее выбирается расчет устойчивости, комплекс ANSYS представляет несокращенное меню Solution, соответствующее расчету устойчивости. С другой стороны, пользователь имеет возможность выбирать вывод на экран сокращенного и полного меню Solution в любое удобное время выбором соответствующей опции меню (Main Menu => Solution Unabridged Menu или Main Menu => Solution Abridged Menu).

4.3.1. Использование диалоговой панели Solution Controls (контроль решения)

При проведении статического расчета НДС или полного переходного процесса можно использовать удобные в использовании средства (вызываемые диалоговой панелью Solution Controls*) для выбора многочисленных опций анализа. Диалоговая панель Solution Controls* содержит пять вкладок, каждая из которых включает набор связанных средств управления решением (опций). Данная диалоговая панель используется для выбора установок для каждого шага нагрузки при приложении нескольких таковых шагов.

При проведении статического расчета НДС или полного переходного процесса меню Solution будет содержать опцию Soln Control*. При выборе (указании мышью) данной опции на экране будет появляться диалоговая панель Solution Controls. Эта диалоговая панель имеет полный набор средств для выбора типа расчета и опций шага нагрузки. Вид диалоговой панели Solution Controls см. на рис. 4.5.

(Л Solution Controls

Basic Talent ) Sofn Options ) Nonfrwaf ) Advanced NL}

Analysis Optiom :

j Small Displacement Static

T Calculate ptee e#eet*/4

Time Control---

Time at end of badstep Automatic time stepping:-t* Number of substeps с Time Increment Number of substeps Max no. of substeps Mh no. of substeps

jPtog Chosen

.Write Items to Results File -

Al solution tare с basic quantities С User selected *

Nodal OOF Solution Nodal Reaction Loads Element Solution Element Noda! Loads Element Nodal Stresses

Frequency.

Write last substep only where h * jl

Cancel

Вкладка Basic (общие опции), как показано выше, является активной при вызове диалоговой панели. Полный список вкладок слева направо содержит следующее:

- общие опции;

- опции переходного процесса;

- опции расчета;

- опции нелинейного расчета;

- расширенные опции прекращения расчета.

Каждый набор средств контроля логически собран во вкладке; наиболее часто применяемые опции (основные) собраны в первой вкладке, содержащей самые применяемые средства управления расчетом. Вкладка Переходные процессы (Transient)* содержит средства контроля (опции управления) переходных процессов; они доступны только в случае, если пользователь указал применение именно расчета переходного процесса и использует опции, не применяемые в статическом расчете.

Каждое из средств управления (опций), имеющееся в диалоговой панели Solution Controls*, соответствует команде комплекса ANSYS. Приведенная ниже таблица иллюстрирует соотношение между вкладками и функциональными возможностями команды, к которым можно обращаться без применения панели.

Таблица 4.13. Взаимосвязь между вкладками диалоговой панели Solution Controls и командами

Закладки

диалоговой

Solution

Controls*

Действия опций панели

Команды ANSYS

ANTYPE, NLGEOM, TIME, AUTOTS, NSUBST, DELTIM, OUTRES

Basic Выбор типа расчета

Настройка параметра времени Выбор типов результатов, записываемых в базу данных

Transient Указание опций переходных процессов, в том числе TIMINT, КВС, ALPHAD, BETAD, TINTP

эффекты переходных процессов, плавное и скачкообразное приложение нагрузок Указание опций демпфирования Определение параметров интегрирования

Soln Options Указание метода решения уравнений

Указание параметров для многошагового повторного расчета

Nonlinear Контроль опций нелинейных расчетов, в том числе

поиска по линии и предварительных условий

Указание максимального числа итераций на промежуточном шаге нагрузки

Указание признака учета ползучести

Признак разрешения деления шага пополам

Указание критерия сходимости Advanced NL Указание критериев прекращения расчета

Контроль вызова и прекращения работы метода

поиска по длине дуги

EQSLV, RESCONTROL

LNSRCH, PRED, NEQIT, RATE, CUTCONTROL, CNVTOL

NCNV, ARCLEN, ARCTRM