Lépésvezérlés¶

A FrontISTR szerkezeti analízise lépésenként kapcsolja be és ki a peremfeltételeket, terheléseket, kontaktot és elemaktiválást. Ez az oldal ismerteti az egyes lépések időtartamát, részlépéseit, konvergenciakritériumait, valamint a rögzített növekmények és az automatikus növekmények/cutback közötti választást.

Az analízisidő terminológiája¶

Ez az oldal az analízisidővel kapcsolatban az alábbi fogalmakat különbözteti meg.

• Aktuális idő: Az analízis kezdetétől eltelt teljes idő.
• Lépésidő: Az aktuális lépés kezdetétől eltelt idő.
• Időtartam: Az az analízisidő, amellyel egy lépés alatt előrehaladunk.
• Relatív idő: A lépésidő osztva az időtartammal. A lépés kezdetén 0, a lépés végén 1.
• Időnövekmény: Az aktuális időtől a következő olyan időpontig terjedő növekmény, amelyben az egyensúlyt megoldjuk.

A funkciók áttekintése¶

A lépésvezérlés az alábbi szempontok szerint szerveződik.

Statikus analízishez rögzített növekmények vagy automatikus növekmények/cutback választhatók. Dinamikai analízisben a feltételek több !STEP bejegyzés használatával is kapcsolhatók, és ajánlott mind a rögzített időnövekményt, mind a lépés időtartamát !STEP segítségével megadni. A !DYNAMIC beállításban az n_step és t_delta alapértelmezettként használatos, ha a !STEP nincs megadva, illetve a visszafelé kompatibilitás érdekében. Automatikus növekmények/cutback nemlineáris implicit módszerekkel használhatók. A hővezetési analízis idővezérlését nem a !STEP, hanem a !HEAT időlépés-megadása kezeli.

A lépésben aktivált feltételeket csoportazonosítóval kell megadni. Mivel a peremfeltételek, terhelések, kontakt és elemaktiválás lépésenként kapcsolhatók, egyetlen analízisvezérlő fájlban leírható a szakaszos terhelés, a kontaktfeltételek váltása és az építési sorrendet tartalmazó analízis. Az elemaktiválási/deaktiválási módok kiválasztásáért lásd: Elemaktiválás/-deaktiválás.

A lépésvezérlés kiválasztása¶

A növekményezési módot az analízis nemlinearitása és a szükséges kimeneti időpontok alapján válassza ki.

• Lineáris analíziseknél vagy egyetlen lépésben befejeződő analíziseknél gyakran nincs szükség a növekményvezérlés részletes beállítására.
• Olyan nemlineáris statikus analíziseknél, amelyekben a terhelések és a válaszok simán változnak, a rögzített növekmények gyakran elegendők. Ha a konvergencia nehéz, csökkentse az időnövekményt.
• Kontakt létrejöttét vagy megszűnését, folyás kialakulását, nagy alakváltozást vagy az anyagi nemlinearitás hirtelen változását tartalmazó analíziseknél elsőként az automatikus növekmények/cutback alkalmazását célszerű megfontolni. A könnyen konvergáló tartományokban a növekmény növelhető, a nehezen konvergáló tartományokban csökkenthető.
• Ha automatikus növekmények használata mellett meghatározott időpontokban szükséges eredmény, használjon hozzá kimeneti időpontlistát.

A konvergenciakritériumokat az analízis stabilitása és a számítási idő közötti egyensúly figyelembevételével állítsa be. A konvergenciakritériumok szigorítása javítja az egyensúly pontosságát, de növeli az iterációk számát. Kontaktot vagy Lagrange-multiplikátorokat tartalmazó analíziseknél nemcsak a szokásos reziduumkritérium, hanem a kontaktiterációk száma és a Lagrange-multiplikátor kritériuma is befolyásolja a számítás menetét.

Lépésvezérlés statikai analízishez¶

A statikus analízis egy vagy több analízislépésből áll. A lépéseken végzett iterációt lépéshuroknak, az egy lépést időnövekményekre osztva megoldó iterációt pedig részlépéshuroknak nevezzük. Minden részlépésben az adott időponthoz tartozó terhelési tényező, peremfeltételek, kontaktállapot és egyéb feltételek alapján számítjuk ki az egyensúlyt.

Rögzített növekmények esetén a lépésen belüli időnövekmény a megadott értékkel halad. Ha a konvergencia nem teljesül, az analízis azon a ponton megszakad.

Automatikus növekmények/cutback esetén a következő alap időnövekmény-érték, dtime_base, az előző részlépés konvergenciaállapota alapján frissül. Ha a konvergencia nem teljesül, a korábban mentett állapot visszaáll, és ugyanazt az időtartományt kisebb időnövekménnyel újraszámítja.

Az automatikus növekmények/cutback folyamata a következő.

1. A lépés kezdetén a kezdeti időnövekményt használja dtime_base értékként.
2. Határozza meg a tényleges időnövekményt úgy, hogy az ne lépje túl a lépés végét vagy a következő kimeneti időpontot.
3. Számítsa ki az egyensúlyt az aktuális időtől az időnövekménnyel előreléptetett időpontban.
4. Ha a számítás konvergál, léptesse előre az időt, és a konvergenciaállapot alapján növelje vagy csökkentse a következő dtime_base értéket.
5. Ha a számítás nem konvergál, állítsa vissza az állapotot, csökkentse a dtime_base értéket a cutback csökkentési arányával, és számítsa újra.
6. Amikor az aktuális idő eléri a lépés végét, fejezze be az adott lépést.

A növekmény növeléséről vagy csökkentéséről az előző részlépés iterációs állapota alapján születik döntés. A döntéshez használt három jellemző mennyiség a következő.

Ha az az állapot, amelyben az N_max, N_sum vagy N_cont bármelyike meghaladja a csökkentési küszöbértékét, a megadott számú alkalmon át fennmarad, az időnövekmény csökken. Ezzel szemben, ha mindhárom érték a növelési küszöbértékén belül marad a megadott számú alkalmon át, az időnövekmény nő. Növeléskor a növekményt úgy szabályozza, hogy ne lépje túl a felső határt.

Automatikus növekmények/cutback esetén az analízis az alábbi esetekben sikertelenül megszakad.

• A részlépések számának felső határát a program a lépés vége előtt eléri.
• Az alap időnövekmény-érték az időnövekmény alsó határa alá csökken.
• Az egymást követő cutback műveletek számának felső határát eléri.

Az alábbi példa engedélyezi az automatikus növekményeket, és 0.01 kezdeti időnövekményt, 2.5 lépésidőtartamot, 1E-5 alsó időnövekmény-határt, 0.3 felső időnövekmény-határt és legfeljebb 200 részlépést állít be. Az AP1 automatikusnövekmény-paraméterkészlet és az 1.5, 2.7 és 3.9 teljes időket tartalmazó TP1 kimeneti időpontlista ehhez a lépéshez van hozzárendelve.

!AUTOINC_PARAM, NAME=AP1
0.25, 10, 50, 10, 1
1.25,  1,  1,  1, 2
0.25,  5
!TIME_POINTS, TIME=TOTAL, NAME=TP1
1.5
2.7
3.9
!STEP, INC_TYPE=AUTO, SUBSTEPS=200, AUTOINCPARAM=AP1, TIMEPOINTS=TP1
0.01, 2.5, 1E-5, 0.3

Az egyes paraméterek bemeneti formátumáért és alapértelmezett értékéért lásd: !STEP, !AUTOINC_PARAM és !TIME_POINTS.

Lépésvezérlés dinamikai analízishez¶

Dinamikai analízis közvetlen időintegrálásánál a megoldási módszert és az időintegrálási paramétereket !DYNAMIC, az analízislépéseket, a peremfeltétel- és terheléscsoportokat, valamint a növekményezési módot pedig !STEP segítségével adja meg. Ha a !STEP nincs megadva, az analízis egylépéses analízisként kezelendő, amelyben minden peremfeltétel és terhelés aktív.

Rögzített növekmények esetén a !STEP második sorában a DTIME, ETIME megadásával szabályozza az időnövekményt és a lépés időtartamát minden egyes lépéshez. Több !STEP bejegyzés definiálásával az aktív peremfeltétel- és terheléscsoportok lépésenként válthatók. A !DYNAMIC beállításban a t_delta és n_step alapértelmezettként szolgál a !STEP nélküli régi, egylépéses bemenetekhez és a visszafelé kompatibilitáshoz. Új bemeneteknél akkor is ajánlott az időfeltételeket kifejezetten !STEP segítségével megadni, ha rögzített növekményeket használ.

Automatikus növekmények használatakor adja meg a !STEP, INC_TYPE=AUTO beállítást, és a !STEP adatsorában adja meg a kezdeti időnövekményt, a lépés időtartamát, az időnövekmény alsó határát és felső határát. Nemlineáris implicit módszernél az időnövekmény a Newton-iterációk és a kontaktiterációk állapotának megfelelően nő vagy csökken; konvergenciahiba esetén az előző állapot visszaáll, és a számítás kisebb időnövekménnyel ismétlődik.

A !STEP beállítás TYPE értéke (STATIC/VISCO) a lépés anyagi időfüggésének kapcsolója, és csak statikus analízisben érvényes. Dinamikai analízisben nem kerül felhasználásra, ahol az időnövekményt mindig tényleges időként kezeli; ezért a !STEP TYPE értékének megadása dinamikai analízisben nincs hatással.

Az időintegrálási módszert és az olyan együtthatókat, mint a Newmark-β módszeréi, a !DYNAMIC segítségével kell megadni. A bemeneti formátumért lásd: !DYNAMIC és !STEP.

Lépésvezérlés hővezetési analízishez¶

A hővezetési analízis időlépését a !HEAT segítségével kell megadni. A !HEAT olyan értékek együttesét adja meg, mint az időlépés, a befejezési idő, a minimális időlépés, a maximális hőmérséklet-változás, az iterációk száma és a konvergenciakritérium.

A hővezetési analízis idővezérlése a szerkezeti statikus analízis !STEP, INC_TYPE=AUTO mechanizmusától külön működik. Ezért a hővezetési analízis időlépésének beállításakor ne használja a !STEP kulcsszót; helyette a !HEAT megadását használja. A bemeneti formátumért lásd: !HEAT.

Kimeneti időpontok megadása¶

Mivel automatikus növekmények használatakor az időnövekmény a konvergenciának megfelelően változik, előre nem feltétlenül ismertek azok az időpontok, amelyekben eredmény készül. A !TIME_POINTS olyan időpontok listája, amely az időnövekmény beállítására szolgál annak érdekében, hogy a program a megadott időpontokban mindig kiszámítsa az egyensúlyt és ki tudja írni az eredményeket.

Az időpontlista megadható az analízis kezdetétől számított teljes időként vagy a lépés kezdetétől számított lépésidőként. Több lépésen közös időpontok megadásához teljes időt, minden lépésen belül azonos relatív kimeneti helyek megadásához pedig lépésidőt használjon.

Minden lépéshez a használandó időpontlistára a !STEP hivatkozik. Automatikus növekményekkel együtt használva az időnövekmény lerövidül úgy, hogy ne lépje túl a következő kimeneti időpontot vagy a lépés végét. A bemeneti formátumért lásd: !TIME_POINTS.

Kapcsolódó témák¶

• Analízistípusok — az olyan analízistípusok áttekintése, mint a statikus analízis, dinamikai analízis és hővezetési analízis.
• Nemlineáris iteráció és időintegrálás — a Newton-iterációk, kontaktiterációk és időintegrálás szerkezete egy részlépésen belül (a Newton-iterációk és kontaktiterációk számának jelentése).
• Elemaktiválás/-deaktiválás — a !STEP által engedélyezett elemaktiválási vezérlések kiválasztása.
• Newton–Raphson-módszer (elmélet) — az iteratív megoldási módszer elmélete.
• Konvergenciakritériumok (elmélet) — a konvergenciamértékek elmélete.
• !STEP, !AUTOINC_PARAM, !TIME_POINTS — a szerkezeti és dinamikai analízisek lépésvezérlésének bemeneti formátumai.
• !DYNAMIC, !HEAT — a dinamikai és hővezetési analízisek idővezérlésének bemeneti formátumai.