Controlo de passos¶

A análise estrutural do FrontISTR avança alternando condições de fronteira, cargas, contacto e ativação de elementos passo a passo. Esta página explica o intervalo temporal, os subpassos, os critérios de convergência e como escolher entre incrementos fixos e incrementos automáticos/cutback para cada passo.

Terminologia do tempo de análise¶

Nesta página, o tempo de análise é distinguido utilizando os seguintes termos.

• Tempo atual: Tempo total decorrido desde o início da análise.
• Tempo do passo: Tempo decorrido desde o início do passo atual.
• Intervalo temporal: Tempo de análise avançado num passo.
• Tempo relativo: Tempo do passo dividido pelo intervalo temporal. É 0 no início do passo e 1 no fim do passo.
• Incremento temporal: Incremento desde o tempo atual até ao próximo instante em que o equilíbrio é resolvido.

Visão geral das funcionalidades¶

O controlo de passos é organizado de acordo com os seguintes aspetos.

Para análise estática, podem ser selecionados incrementos fixos ou incrementos automáticos/cutback. Na análise dinâmica, as condições também podem ser alternadas utilizando várias entradas !STEP, e recomenda-se especificar com !STEP tanto o incremento temporal fixo como o intervalo temporal do passo. Em !DYNAMIC, n_step e t_delta são tratados como predefinições quando !STEP é omitido ou para retrocompatibilidade. Os incrementos automáticos/cutback podem ser utilizados com métodos implícitos não lineares. O controlo temporal da análise de condução térmica é efetuado, não por !STEP, mas pela especificação do passo temporal em !HEAT.

As condições ativadas num passo são especificadas por ID de grupo. Como as condições de fronteira, cargas, contacto e ativação de elementos podem ser alternados por passo, é possível representar num único ficheiro de controlo de análise carregamentos por etapas, mudanças das condições de contacto e análises que envolvam sequências de construção. Para a seleção dos modos de ativação/desativação de elementos, consulte Ativação e desativação de elementos.

Escolha do controlo de passos¶

Escolha o método de incremento com base na não linearidade da análise e nos tempos de saída necessários.

• Para análises lineares ou análises concluídas num único passo, normalmente não é necessário ajustar detalhadamente o controlo de incrementos.
• Para análises estáticas não lineares em que as cargas e as respostas variam suavemente, os incrementos fixos são muitas vezes suficientes. Se a convergência for difícil, reduza o incremento temporal.
• Para análises que envolvam início ou libertação de contacto, progressão da cedência, grandes deformações ou alterações abruptas da não linearidade do material, devem considerar-se primeiro os incrementos automáticos/cutback. Os incrementos podem ser aumentados em regiões que convergem facilmente e reduzidos em regiões de convergência difícil.
• Se forem necessários resultados em instantes específicos durante a utilização de incrementos automáticos, utilize em conjunto uma lista de tempos de saída.

Ajuste os critérios de convergência de forma a equilibrar a estabilidade da análise e o tempo de cálculo. Tornar os critérios de convergência mais rigorosos melhora a precisão do equilíbrio, mas aumenta o número de iterações. Em análises que envolvam contacto ou multiplicadores de Lagrange, não só o critério de resíduo habitual, mas também o número de iterações de contacto e o critério do multiplicador de Lagrange afetam o progresso do cálculo.

Controlo de passos para análise estática¶

A análise estática é constituída por um ou mais passos de análise. A iteração sobre os passos é denominada ciclo de passos, e a iteração que resolve um passo dividindo-o em incrementos temporais é denominada ciclo de subpassos. Em cada subpasso, o equilíbrio é calculado utilizando o fator de carga, as condições de fronteira, o estado de contacto e outras condições no instante especificado.

Com incrementos fixos, o incremento temporal dentro do passo avança pelo valor especificado. Se a convergência falhar, a análise termina nesse ponto.

Com incrementos automáticos/cutback, o próximo valor base do incremento temporal dtime_base é atualizado a partir do estado de convergência do subpasso anterior. Se a convergência falhar, o estado anteriormente guardado é restaurado e o mesmo intervalo temporal é recalculado utilizando um incremento temporal menor.

O fluxo dos incrementos automáticos/cutback é o seguinte.

1. No início de um passo, o incremento temporal inicial é utilizado como dtime_base.
2. Determine o incremento temporal efetivo de modo que não ultrapasse o fim do passo nem o próximo tempo de saída.
3. Calcule o equilíbrio no instante obtido avançando o tempo atual pelo incremento temporal.
4. Se o cálculo convergir, avance o tempo e aumente ou diminua o próximo dtime_base de acordo com o estado de convergência.
5. Se o cálculo não convergir, restaure o estado, reduza dtime_base utilizando a razão de redução do cutback e volte a calcular.
6. Quando o tempo atual atingir o fim do passo, termine esse passo.

A decisão de aumentar ou diminuir o incremento é tomada a partir do estado das iterações do subpasso anterior. As três grandezas representativas utilizadas para esta decisão são as seguintes.

Se o estado em que qualquer um de N_max, N_sum ou N_cont excede o respetivo limiar de diminuição se mantiver durante o número especificado de vezes, o incremento temporal é reduzido. Inversamente, se o estado em que os três permanecem dentro dos respetivos limiares de aumento se mantiver durante o número especificado de vezes, o incremento temporal é aumentado. Ao aumentá-lo, o incremento é ajustado de modo a não exceder o limite superior.

Com incrementos automáticos/cutback, a análise termina com falha nos seguintes casos.

• O limite superior do número de subpassos é atingido antes do fim do passo.
• O valor base do incremento temporal desce abaixo do limite inferior do incremento temporal.
• É atingido o limite superior de cutbacks consecutivos.

O exemplo seguinte ativa os incrementos automáticos e define um incremento temporal inicial de 0.01, um intervalo temporal do passo de 2.5, um limite inferior do incremento temporal de 1E-5, um limite superior de 0.3 e um máximo de 200 subpassos. O conjunto de parâmetros de incremento automático AP1 e a lista de tempos de saída TP1, que contém os tempos totais 1.5, 2.7 e 3.9, são atribuídos ao passo.

!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

Para o formato de entrada e o valor predefinido de cada parâmetro, consulte !STEP, !AUTOINC_PARAM e !TIME_POINTS.

Distribuição do deslocamento prescrito pelos subpassos¶

Ao resolver um passo dividido em vários subpassos, AMPLITUDE de !STEP seleciona como o deslocamento prescrito por !BOUNDARY é distribuído pelos subpassos. Esta especificação também se aplica quando AMP é definido em !BOUNDARY.

A distribuição usa uma função temporal como referência. Quando AMP é definido em !BOUNDARY, essa função de amplitude é usada como função temporal. Caso contrário, usa-se o fator de carga do passo. Se AMP for definido em !STEP, o fator de carga do passo é essa função de amplitude; caso contrário, é um valor proporcional ao tempo decorrido no passo (0 no início do passo e 1 no final).

Com STEP, o comportamento é o mesmo mesmo quando AMP é definido em !BOUNDARY, pelo que a forma da função de amplitude não é refletida. Para aplicar o deslocamento prescrito de acordo com a variação temporal, utilize RAMP.

Para as especificações da própria função de amplitude (tempo usado na avaliação, comportamento fora do intervalo da tabela e diferença entre RELATIVE e ABSOLUTE), consulte Condições de fronteira e cargas. Para o formato de entrada e os valores predefinidos, consulte !STEP.

Controlo de passos para análise dinâmica¶

Para integração temporal direta em análise dinâmica, especifique o método de solução e os parâmetros de integração temporal com !DYNAMIC, e especifique os passos da análise, os grupos de condições de fronteira e de cargas e o método de incremento com !STEP. Se !STEP for omitido, a análise é tratada como uma análise de um único passo em que todas as condições de fronteira e cargas estão ativas.

Com incrementos fixos, na segunda linha de !STEP especifique DTIME, ETIME para controlar o incremento temporal e o intervalo temporal do passo para cada passo. A definição de várias entradas !STEP permite alternar, por passo, os grupos ativos de condições de fronteira e cargas. Em !DYNAMIC, t_delta e n_step são tratados como predefinições para entradas antigas de passo único em que !STEP é omitido e para retrocompatibilidade. Para novas entradas, recomenda-se especificar explicitamente as condições temporais com !STEP, mesmo quando são utilizados incrementos fixos.

Ao utilizar incrementos automáticos, especifique !STEP, INC_TYPE=AUTO e forneça o incremento temporal inicial, o intervalo temporal do passo, o limite inferior do incremento temporal e o limite superior do incremento temporal na linha de dados de !STEP. Com um método implícito não linear, o incremento temporal é aumentado ou diminuído de acordo com o estado das iterações de Newton e das iterações de contacto; se a convergência falhar, o estado anterior é restaurado e o cálculo é repetido com um incremento temporal menor.

Em !STEP, TYPE (STATIC/VISCO) é o seletor da dependência temporal do material para o passo e só é válido na análise estática. Não é consultado na análise dinâmica, em que o incremento temporal é sempre tratado como tempo real; por isso, especificar !STEP com TYPE na análise dinâmica não tem efeito.

O método de integração temporal e coeficientes como os do método de Newmark-β são especificados com !DYNAMIC. Para o formato de entrada, consulte !DYNAMIC e !STEP.

Controlo de passos para análise de condução térmica¶

O passo temporal da análise de condução térmica é especificado com !HEAT. !HEAT especifica um conjunto de valores que inclui o passo temporal, o tempo final, o passo temporal mínimo, a variação máxima de temperatura, o número de iterações e o critério de convergência.

O controlo temporal da análise de condução térmica funciona por um mecanismo distinto de !STEP, INC_TYPE=AUTO da análise estática estrutural. Assim, ao ajustar o passo temporal numa análise de condução térmica, não utilize !STEP; utilize a especificação !HEAT. Para o formato de entrada, consulte !HEAT.

Especificação dos tempos de saída¶

Como o incremento temporal varia de acordo com a convergência quando são utilizados incrementos automáticos, os instantes em que os resultados são produzidos podem não ser conhecidos antecipadamente. !TIME_POINTS é uma lista de tempos utilizada para ajustar o incremento temporal de forma que o equilíbrio seja sempre calculado e os resultados possam ser produzidos nos instantes especificados.

Uma lista de tempos pode ser especificada como tempo total desde o início da análise ou como tempo do passo desde o início do passo. Utilize o tempo total ao especificar tempos comuns a vários passos, e o tempo do passo ao especificar as mesmas posições relativas de saída em cada passo.

Para cada passo, a lista de tempos a utilizar é referenciada a partir de !STEP. Quando utilizada em conjunto com incrementos automáticos, o incremento temporal é encurtado de forma a não ultrapassar o próximo tempo de saída nem o fim do passo. Para o formato de entrada, consulte !TIME_POINTS.

Tópicos relacionados¶

• Tipos de análise — Visão geral dos tipos de análise, como análise estática, análise dinâmica e análise de condução térmica.
• Iteração não linear e integração temporal — Estrutura das iterações de Newton, iterações de contacto e integração temporal dentro de um subpasso (significado do número de iterações de Newton e de contacto).
• Ativação e desativação de elementos — Como escolher os controlos de ativação de elementos habilitados por !STEP.
• Método de Newton-Raphson (teoria) — Teoria do método iterativo de solução.
• Critérios de convergência (teoria) — Teoria das medidas de convergência.
• !STEP, !AUTOINC_PARAM, !TIME_POINTS — Formatos de entrada do controlo de passos em análises estruturais e dinâmicas.
• !DYNAMIC, !HEAT — Formatos de entrada do controlo temporal em análises dinâmicas e de condução térmica.