ANSYS分析类型与求解器控制选项详解

进入求解层（/SOLU命令）后，应先定义分析类型，惟一的命令如下：ANTYPE, Antype, Status, LDSTEP, SUBSTEP, Action

Antype - 分析类型，缺省时为上一次指定的分析类型

有如下一些分析类型选 项：

=STATIC 或 0 (缺省)：静态分析，对所有自由度均有效；

=BUCKLE 或1：屈曲分析，仅对结构自由度有效

=MODAL 或 2：模态分析，仅对结构和流体自由度有效；

=HARMIC 或 3：谐分析，仅对结构、流体、磁场和电场自由度有效；

=TRANS 或 4：瞬态分析，对所有自由度均有效；

=SUBSTR 或 7：子结构分析，对所有自由度均有效；

=SPECTR 或 8：谱分析，仅对结构自由度有效（已完成模态分析）。

Status - 定义分析的状态，可选择状态有两种：

=NEW（缺省）：新的分析，忽略其后的命令参数

=REST：重启动分析。

LSDTEP,SUBSTEP,Action - 均为重启动参数。

在定义分析类型后，就需要设置求解控制选项，这些选项为获得满意结果有极大作用。尽管大多数情况下，程序已经设置了通用或比较合理的缺省值，但有些情况下必须进行设置。不同的分析类型其求解控制选项不同。

一、 静态分析求解控制选项

静态分析是ANSYS缺省的分析类型，该分析不考虑结构的惯性和阻尼，但静惯性力（如重力和离心力）和惯性释放除外。

静态分析所能施加的荷载包括外荷载、静惯性力、强迫位移、温度荷载等。

静态分析求解选项有 4 大选项，其中每个大选项又包括多条选项。4 大选项为基本选项、求解器选项、非线性选项及高级 NL 选项。由于各个版本的 GUI 方式对话框不尽相同，为方便起见在内容上不与任何版本的对话框一一对应。

1.   分析选项

包含大变形效应（NLGEOM 命令）和预应力效应（PSTRES 命令）。

⑴   大变形效应

命令：NLGEOM, Key

其中 Key 为大变形效应参数，其值可取：

=OFF 或 0（缺省）：忽略大变形效应，同时指定为小变形效应。

=ON 或 1：计入大变形（大转动）效应，也可以是大应变效应。

ANSYS 的几何非线性包括大应变效应、大变形（也可称为大转动或大挠度）、应力刚化及旋转软化效应。大多数实体单元和部分壳单元支持大应变效应；所有梁单元和大多数壳单元支持大变形（大转动）效应，支持大应变的单元都支持大变形效应。

ANSYS 计入大变形或大转动效应时是小应变，且大变形分析时惯性荷载和集中荷载的方向不随变形改变，但面荷载的方向则随变形而改变（即随动荷载）。

NLGEOM 命令如在 /SOLU 层执行，必须在第一个荷载步内指定。

⑵   预应力效应

命令：PSTRES, Key

其中 Key 为预应力效应控制参数，其值可取：

=OFF 或 0（缺省）：不计入预应力效应；

=ON 或 1：计入预应力效应。

预应力效应（prestress effects）与土木工程中预应力混凝土概念上是不同的，预应力效应是计算应力刚度矩阵。在为屈曲分析、模态分析、完全法或缩减法的谐分析、缩减法的瞬态分析、子结构分析等所作的静态或瞬态分析中考虑预应力效应时，应设置为 PSTRES,ON（激活预应力效应）。

PSTRES 命令如在 /SOLU 层执行，必须在第一个荷载步内指定。

PSTRES 命令和 STIFF 命令不能被同时激活。

2.   时间

命令：TIME, TIMEV

其中参数 TIMEV 为荷载步结束时的时间值。对第 1 荷载步，缺省时或 TIMEV=0 或 TIMEV 为空，则程序将时间设置为 TIMEV=1.0；后续荷载步依次为：前一时间＋1.0。

该命令为各荷载步结束时设置一时间值（时间点），即用时间识别各个荷载步。

对于与速率相关的分析，时间的单位应与分析中所用的单位相同，并且要设置时间值。如果分析必须从 0.0 开始，则可设置 TIMEV=1E-6 或更小的值，而不能设置TIMEV=0.0。

对于与速率无关的分析，时间可作为“计数器”使用，其值可为任意非零非负值，如其值可等于荷载值。此时时间仅仅用于识别各荷载步和子步，可在 /POST1 中使用 SET,LIST 命令得到时间、荷载步、子步及平衡迭代的列表。

3.   子步数和时间步长

命令：NSUBST, NSBSTP, NSBMX, NSBMN, Carry

NSBSTP - 当前荷载步的子步数。如果使用了自动时间步（即 AUTOTS,ON）则该子步数仅用于第一子步，也即第一子步的荷载增量用 NSBSTP 求得，其余子步的荷载增量由程序自动确定。

NSBMX - 当 AUTOTS 打开时，NSBMX 为最大子步数。

NSBMN - 当 AUTOTS 打开时，NSBMN 为最小子步数。

Carry - 时间步长继承控制参数，其值可取：

=OFF：使用 NSBSTP 确定每个荷载步开始时的时间步长；

=ON：如果 AUTOTS 打开，使用前一荷载步的最后时间步长作为该荷载步开始的时间步长。

该命令中的 NSBSTP 参数用于确定在当前荷载步内，每个子步（或时间步）荷载增量的大小（斜坡荷载，如为阶跃荷载则一个子步到全值）。

最小和最大子步数在采用自动时间步时，影响结果点的多少和收敛控制。例如问题容易收敛，程序会采用较小的子步数（时间步长大，荷载增量大）得到的结果点就少。如果问题收敛困难，程序会采用较大的子步数（时间步长小，荷载增量小），可得到较多的结果点；但是如果问题特别难以收敛，程序会采用最大子步数（最小时间步长）求解以获得收敛结果，

通过平衡迭代一定次数后（NEQIT 命令设置）仍然不能收敛，则程序判定为不收敛并结束求解。

建议对该命令的各个参数都要设置，但是对于一类问题设置多大的数目是合适的呢？这点只能靠求解控制经验或试算确定。一般可采用缺省的设置选项，不能收敛时可不断调整参数并逐步逼近收敛。上述不收敛是指在数值计算上，如果物理问题根本就是不收敛或已经达到不收敛的程度，那么采用何种帮助收敛的措施都是无效的，例如钢筋混凝土梁濒临破坏状态时。

与 NSUBST 命令互为替代的命令是 DELTIM 命令，其格式如下：

命令：DELTIM, DTIME, DTMIN, DTMAX, Carry

DTIME - 当前荷载步的时间步长值。如果使用了自动时间步则为第一子步的时间步长。

DTMIN,DTMAX - 当采用自动时间步时的最小时间步长和最大时间步长。

Carry - 意义同 NSUBST 命令。

该命令与 NSUBST 命令的设置结果是一样的，但参数是倒数关系。

4.   输出控制

参见 OUTRES 命令，需要注意程序缺省的最大输出结果组数为 999 个结果组（包括所有荷载步和子步对应的时间点），可采用 /CONFIG 改变该设置以输出更多的结果组。

5.   自动时间步

命令：AUTOTS, Key

其中 Key 为自动时间步控制参数。

如 Key=OFF 则不采用自动时间步；

如 Key=ON 则采用自动时间步。

缺省时，如 SOLCONTROL 打开则采用自动时间步，如 SOLCONTROL 关闭则不采用自动时间步。

自动时间步技术（时间步长预测和时间步长对分）是在求解时，程序根据问题的荷载响应计算每个子步结束时的最优时间步长，以采用较少的资源获得有效解。在非线性静态或瞬态分析中，自动时间步确定了子步之间荷载增量的大小。

不能将自动时间步（AUTOTS）、线性搜索（LNSRCH）、DOF 结果预测（PRED）与弧长法一起使用，否则会给出警告信息并使得自动时间步、线性搜索和结果预测设置失效。

6.   求解器选择

命令：EQSLV, Lab, TOLER, MULT

Lab - 方程求解器类型，其值可取求解方法。

TOLER - 具有对称矩阵静态分析时的误差，缺省值 1.0E-8。具有非对称矩阵静态分析或谐分析或 DDS 求解器的误差，缺省值 1.0E-6。在大多数情况下，误差值可以使用 1.0E-5。对于 DDS 求解器如果 TOLER 小于 1.0E-6 可能导致不收敛。因此当缺省值难以收敛时，也可适当调整求解器的误差值。

MULT - 仅适用于 PCG 求解器。在迭代收敛计算过程中，MULT 用来控制拟完成最大迭代次数的乘子， 当 SOLCONTROL  打开时缺省为2 . 0，当 SOLCONTROL 关闭时缺省为 1.0。最大迭代次数等于 MULT×自由度个数，一般而言缺省的最大迭代次数对于收敛是足够的，但对于病态矩阵，可适当增大 MULT 以求收敛。建议 MULT 值的范围在 1.0～3.0 之间，当大于 3.0 时对于帮助收敛已无多大意义，如果在 1.0～3.0 之间不能收敛，则只好检查模型或其它选项了。

执行 EQSLV,-1 则由程序自动选择求解器，一般的用户无需选择求解器。

主要求解器的简单说明见下表：

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