非线性分析问题诊断及对策：模型中存在刚体位移

非线性问题不同于线性问题，常常收敛困难，甚至不收敛。不收敛的原因也有很多，有物理问题本身就很复杂的原因，也有可能是模型设置错误，这些因素都会导致模型不收敛。此时，软件本身并不能指出问题所在、只能给出直接的错误信息。其中最常见的两条信息如图 19-29 所示。

这两条错误信息提示并不表示设置更小的允许时间步和更多的时间步折减次数就能通过计算而是需要找到错误信息背后的原因。而且对于非线性分析，模型计算完成也并不表示结果就是正确的，而是需要进一步查看结果。下面总结了一些非线性分析中经常出现的问题。

在准静态分析中，如果存在刚体位移，就会导致方程奇异，无法求解，因此在准静态分析中务必消除刚体转动。下面列举了几种典型案例。

在静力学分析中往往约束平移自由度，但是忽略了转动自由度。以缆绳吊装集装箱分析为例，在结构静力学分析中，在集装箱上施加重力载荷，缆绳通过非线性弹簧单元或非线性铰建立连接，甚至用RBE2建立连接。简单起见、以RBE2为例约束RBE2主节点的平移自由度。

在实际建模过程中，往往存在一定的几何误差，RBE2的主节点并不落在重力载荷的作用线上，这时集装箱会发生偏转，即发生刚体位移，导致计算在第一个增量就不收敛。即使RBE2主节点通过重力作用线，但由于在转动方向没有约束，小的数值扰动也可能导致计算结果的不收敛，如图19-30所示。

图19-30偏心导致刚体转动

要解决此类问题，可首先进行一个约束模态分析，如果模型存在0附近的频率点，则通过查看振型就可以知道模型发生了怎样的刚体移动，需要约束什么自由度才可以去除这种刚体位移。需要注意的是，在做模态分析时应输出转动位移，在HyperMesh中的设置如图19-31所示。

图19-31 车转动自由度输出

默认情况下是不输出转动位移的。如果不输出转动位移，则转动刚体模态并不容易察觉，如一个杆单元如果没有约束转动自由度，在不输出转动自由度时是查看不到杆单元的刚体模态的。

除此之外，还存在另外一种容易产生刚体位移的情况，即结构内部的约束完全靠接触实现。以图19-32中的两个方块压到一起为例，一个方块叠加在另外一个方块上面，在上面的方块上施加载荷，将两个方块压在一起。在实际建模中，两个方块之间的间距不可能刚好为0，在外力作用下上面的方块将发生刚体位移，最终导致在第一个增量步时计算不收敛。解决此类问题的方法有几种:①可通过激活 CONTACT 卡片上的 ADJUST来自动去除接触界面上小的初始间隙:②可激活接触稳定 CNTSTB卡片，通过在接触间隙引人小的接触刚度来改善初始时刻的收敛性。第二种方法在19.5.2节详细讲解。

图19-32 接触间隙导致的刚体位移

对于以上两种由于存在刚体位移导致的计算不收敛,.ou 文件中的相关信息会显示出第一个增最步就不收敛，增量步不断减小，最后在cutbaek 数达到设定值时，计算退出，在增量步中的收敛信息表现为力收敛准则和能量收敛准则很容易满足，但是位移收敛准则始终无法满足，如图19-33 所示。

图19-33 刚体位移导致的不收敛信息

本篇内容取自HyperWorks进阶教程系列的《OptiStruct结构分析与工程应用》，版权归原作者所有，如有侵犯您的权益，请及时联系我们，我们将立即删除。