作者j6zoz04 (RTOO)
看板Cad_Cae
标题[请益] ANSYS发散原因确认
时间Thu Dec 23 21:30:05 2021
各位好，想请问在使用ANSYS Static Structure分析时，能否得知发散的结果是因为
刚体运动而导致还是非线性收敛问题导致?
举例子:
https://imgur.com/9xQVNC1
https://imgur.com/9uixa3P
给定一个力推动这个物体，给定摩擦系数
假设今天我想知道多大的摩擦系数能使此物体被推动，因为在静态分析下物体发生运动
会发散掉，但是也有可能是物体和地面的接触非线性设置不良(载荷步分不够细、网格、
接触刚度设定过大....)
想知道有没有什麽方法能确定发散一定是刚体运动所导致的?
像是产生刚体运动会有一定会出现的Error讯息?
当然第一个例子是可以手算解的就是，想以不手算的情况下用ANSYS解
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※ 编辑: j6zoz04 (163.13.136.41 台湾), 12/23/2021 21:32:06
※ 编辑: j6zoz04 (163.13.136.41 台湾), 12/23/2021 21:33:01
1F：推 gamer: 用模态分析看有没有很小的共振频率 12/23 22:03
2F：→ j6zoz04: 对振动、模态较不熟，印象中是是运动方程式的特徵根频率? 12/24 01:21
3F：→ j6zoz04: 想请问模态跟刚体运动有什麽关系? 12/24 01:22
4F：→ j6zoz04: 稍微了解过了，但是似乎在Modal模组中不能有非线性的行为 12/24 17:50
5F：→ j6zoz04: (摩擦接触)，它会自动转成线性(以接触为例就是bonded或no 12/24 17:50
6F：→ j6zoz04: separation)，这样就和原来不一样了 12/24 17:50
7F：→ j6zoz04: 模态可以检查约束是否足够，但好像无法检查摩擦力是否足 12/24 21:21
8F：→ j6zoz04: 够 12/24 21:21
9F：推 gamer: 摩擦力没办法用modal analysis检查，如果是担心摩擦力不足 12/24 22:21
10F：→ gamer: 可以把接触模型的切线方向改为rough，如果还是无法求解就是 12/24 22:22
11F：→ gamer: 接触力平衡的问题 12/24 22:22
12F：→ j6zoz04: 我是想设摩擦系数是变数，看看随着摩擦系数的增减来看是 12/24 23:04
13F：→ j6zoz04: 否会产生刚体位移 12/24 23:04
14F：→ j6zoz04: 设成rough只能检查摩擦系数无限大的情形了 12/24 23:05
15F：推 gamer: 哪建议使用动态求解 12/25 01:13
16F：→ j6zoz04: 想请问建议哪个模组？ 动态的不熟 12/25 01:22
17F：推 gamer: transient structure 12/25 01:26
18F：→ gamer: 或是explicit dynamics 12/25 01:27
19F：→ gamer: 如果只有static模组可以用，用一种方式是加weak spring 12/25 01:29
20F：→ j6zoz04: 打开weak spring好像不管有没有运动他都会跳出可能有施加 12/25 17:06
21F：→ j6zoz04: weak spring的警告(..May be uncontrained) 12/25 17:08
22F：→ j6zoz04: 可能仅靠摩擦力constrain他无法侦测 12/25 17:09
23F：推 jienfong: 其实这个题目比较适合用刚体运动模组来算，不用有限元 12/25 18:32
24F：→ jienfong: 素，类似adams或CAD软体很多现在也有 12/25 18:32
25F：→ jienfong: pro/e(mechanism) 12/25 18:33
26F：推 jienfong: 有线元素算刚体运动问题CP值太低，强项不是这个 12/25 18:38
27F：推 gamer: 原PO应该是想解一般的弹性力学问题，但会遇上不收敛却不知 12/25 20:11
28F：→ gamer: 道该设多大的摩擦系数才能解出来。 12/25 20:12
29F：→ gamer: 加weak spring主要是可以解决因为刚体运动导致发散，你可以 12/25 20:14
30F：→ gamer: 看模型的外加能量跟内能的比例来判断模型是否有刚体运动 12/25 20:15
31F：→ j6zoz04: 加weak spring能够保证不产生刚体运动吗? 不好意思不懂 12/25 20:25
32F：→ j6zoz04: 外能内能，是指外力做功? 这些要从哪看呢? 12/25 20:25
33F：推 jienfong: 就是静态题目很难算会刚体运动的问题，要加一些边界来 12/25 21:07
34F：→ jienfong: 避免，或是要选择拟静态(implicit dynamic)来算，也可以 12/25 21:07
35F：→ jienfong: 说是动态 12/25 21:07
36F：推 jienfong: 刚碰触有限元素题目确实容易造成静态或动态问题的困扰， 12/25 21:19
37F：→ jienfong: 静态问题也可以用动态求解，动态问题也可以用就静态解， 12/25 21:19
38F：→ jienfong: 但是不是适合在於求解题目和假设条件 12/25 21:19
39F：→ j6zoz04: 有看了些隐式的算法(Namark积分)，它可以解动态，但对於 12/25 21:33
40F：→ j6zoz04: 刚体运动(物体会跑到无限远)的问题它是否可解我有点怀疑 12/25 21:34
41F：→ j6zoz04: ，有接触(非线性行为)的问题似乎时间增量也会影响收敛与 12/25 21:35
42F：→ j6zoz04: 否。怕产生更多问题才想使用静态看能不能解 12/25 21:36
43F：→ j6zoz04: 看来似乎没那麽容易... 12/25 21:38
44F：推 jienfong: 这也是有限元素门槛，定义问题和决定求解方式 12/25 21:43
45F：推 gamer: 这边要订正一下，拟静态(Quasi-static)指的是用动态来解静 12/25 22:55
46F：→ gamer: 态问题，求解法可以是implicit也可以是explicit。然後理论 12/25 22:56
47F：→ gamer: 上implicit本来就可以直接求解governing eq.所以当然可以 12/25 22:57
48F：→ gamer: 解动态问题，只是不容易收敛而已。相比之下explicit因为是 12/25 22:58
49F：→ gamer: 微分法，所以比较没有收敛的问题，才会比较常用来解暂态的 12/25 22:58
50F：→ gamer: 动态问题。 12/25 22:58
51F：→ gamer: weak spring因为是求解器额外加入的劲度，会产生Artificial 12/25 23:01
52F：→ gamer: energy，当这个能量越大，代表求解器加入越大的劲度来抵抗 12/25 23:01
53F：→ gamer: rigidbody motion，也就是摩擦力不足达成静力平衡的意思。 12/25 23:02
54F：推 jienfong: 赞，长知识，我真的很常用Quasi来算implicit问题,也用im 12/26 00:36
55F：→ jienfong: plicit来算长时间的transient问题(超过80ms) 12/26 00:36
56F：→ j6zoz04: 感谢，Artificial energy是从solution那边insert吗? 12/26 01:22
57F：→ j6zoz04: weak spring的刚度我是program control，能量的大小要怎 12/26 01:23
58F：→ j6zoz04: 麽衡量呢? 12/26 01:23
59F：→ j6zoz04: weak spring一定能阻止刚体运动吗？ 12/26 03:00
60F：推 jienfong: 你看可不可以请g大帮忙设定ansys模型，因为有时候说的 12/26 09:30
61F：→ jienfong: 方法不一定可以配合软体设定但一定有变通方式 12/26 09:30
62F：推 gamer: 很抱歉，我手边没有ANSYS，我转成ABAQUS使用者有一段时间了 12/26 15:14
63F：→ gamer: ，虽然我以前是用ANSYS。你可能要查一下help，通常enery是 12/26 15:14
64F：→ gamer: 在後处理里面可以输出，可以选择输出内能、人造能和总能， 12/26 15:14
65F：→ gamer: 然後看比例是多少。至於weak spring是不是一定能解决刚体运 12/26 15:14
66F：→ gamer: 动，我记得他有一个ratio，这个增加的劲度是由这个ratio控 12/26 15:14
67F：→ gamer: 制，所以如果外力超过这个spring能提供的反力，一样是不能 12/26 15:14
68F：→ gamer: 收敛。 12/26 15:14
69F：推 jienfong: 我也是abaqus使用者，原po可能自己要依照建议试试看吧… 12/26 18:03
70F：→ jienfong: 数值方法和解析解会有差异正常，但要能解释，数值问题通 12/26 18:03
71F：→ jienfong: 常要工程问题考虑进来但这和解析解数学问题并不太一样 12/26 18:03
72F：推 jienfong: 所以要把课本的题目用数值方法解当然可以，但有些边界 12/26 18:08
73F：→ jienfong: 条件要合理假设，才有办法把数值逼近解接近数学解析解 12/26 18:08
74F：→ j6zoz04: 谢谢，我有时间在细读隐式和显式，我看了mechanical user 12/26 21:16
75F：→ j6zoz04: guide没看到关於weak spring能量的东西，但网路上有查到 12/26 21:16
76F：→ j6zoz04: 接触可以设定阻尼，功能类似weak spring，不知道您说的是 12/26 21:16
77F：→ j6zoz04: 不是这个 12/26 21:16
78F：推 gamer: contact damping应该适用在normal方向帮助收敛，对摩擦力 12/27 00:11
79F：→ gamer: 应该没有帮助。如果真的找不到输出能量的方式，可以自己建 12/27 00:12
80F：→ gamer: 一个1D-的spring元素，并观察该元素的位移，就能知道大概 12/27 00:13
81F：→ gamer: 需要多少外力的辅助才能达成静力平衡。 12/27 00:13
82F：推 samuely: 我觉得问题的顺序有点怪，解刚体运动跟设摩擦系数应该是 01/14 10:28
83F：→ samuely: 两件事情，会需要解刚体运动的问题都是他本身不该有刚体 01/14 10:29
84F：→ samuely: 运动的情况，而不是在本来的运动模型就有刚体运动时， 01/14 10:29
85F：→ samuely: 强迫使他变成没有，主要的原因还是静态求解没有质量项， 01/14 10:30
86F：→ samuely: 所以只要有一点点力不平衡就会产生无穷大的位移。 01/14 10:30
87F：→ samuely: 建议您在详细描述您的目的是甚麽会比较好去给建议 01/14 10:31
88F：→ samuely: 顺带一提 摩擦力接触在线性动力学里面会自动转成BONDED 01/14 10:35
89F：→ samuely: (or Tie 各家软体名称不同) 01/14 10:35
90F：→ j6zoz04: 回s大，我主要想了解摩擦力和我施加的外力不平衡时，所对 01/14 12:15
91F：→ j6zoz04: 应的摩擦系数的大小。根据我阅读的文献，物体与接触面在 01/14 12:16
92F：→ j6zoz04: 完全滑动前先是会有部分区域的滑动(sliding)，当我外力 01/14 12:19
93F：→ j6zoz04: 逐渐再加大(或是摩擦力再更小)，则整个接触面所有区域便 01/14 12:20
94F：→ j6zoz04: 会变成所有区域皆为滑动，而ANSYS可以显示有哪些节点处於 01/14 12:22
95F：→ j6zoz04: 滑动(sliding)，哪些节点处於未滑动(sticking)，所以才想 01/14 12:23
96F：→ j6zoz04: 用ANSYS解。 01/14 12:24
97F：→ j6zoz04: 第一个图应该比较好理解，第二个图可以想成两个不平行的 01/14 12:25
98F：→ j6zoz04: 夹子夹住一个圆形的物体，而摩擦系数的多寡、力的大小、 01/14 12:26
99F：→ j6zoz04: 夹子偏转的角度是否影响圆形物体会不会整个滑掉，我主要 01/14 12:27
100F：→ j6zoz04: 想观察这个。 01/14 12:27
101F：→ j6zoz04: 另外想请问线性动力学的"线性"是指什麽关系的线性? 所对 01/14 12:28
102F：→ j6zoz04: 应的ANSYS的模组又是哪一个? 怕之後会错用模组。 01/14 12:29
103F：→ j6zoz04: 主要是想做第二个例子，想在静态解是因为不希望考虑到质 01/14 12:36
104F：→ j6zoz04: 量的问题，变数维持在摩擦系数、外力大小、角度。 01/14 12:38
105F：推 samuely: 先回应您第二个问题，所有有限元的振动模组，包含 01/14 16:23
106F：→ samuely: Harmonic, random vibration, spectrum都是线性动力学 01/14 16:23
107F：→ samuely: 里面的几何 材料 接触 都必须维持线性条件才行，即使 01/14 16:24
108F：→ samuely: 你在某些软体有输入非线性性质，他也必须转为线性，否则 01/14 16:24
109F：→ samuely: 会与理论冲突。 01/14 16:24
110F：推 samuely: 至於第一点，但这种情况下，摩擦系数应该是在介面材料决 01/14 16:31
111F：→ samuely: 定後就确定了才对，感觉上部分滑动部分无滑动的变数应该 01/14 16:32
112F：→ samuely: 是正向力的差异，但或许我有误会您的意思。 01/14 16:32
113F：→ j6zoz04: 材料部分是希望让夹子部分非常硬(可E为圆形物件的100倍) 01/14 19:23
114F：→ j6zoz04: 至於圆形物件是什麽材料，我这题是从一些书上范例衍伸过 01/14 19:24
115F：→ j6zoz04: 来的， 01/14 19:24
116F：→ j6zoz04: 但题目无提供摩擦系数，我就自己设定了，或许这样不太实 01/14 19:32
117F：→ j6zoz04: 。圆形物件的E为书上提供。 01/14 19:33
118F：→ j6zoz04: 因为我没设重力，正向力主要是由外力F及偏转角度来决定。 01/14 19:36
119F：→ j6zoz04: 但摩擦力的大小除了正向力也会受到摩擦系数的影响，所以 01/14 19:37
120F：→ j6zoz04: 想先以外力、角度、摩擦系数作为变数去试，目前是想先固 01/14 19:38
121F：→ j6zoz04: 定外力及角度，仅以摩擦系数作为变数来去分析。 01/14 19:39
122F：推 samuely: 所以您是想在其他边界条件固定的情况下，决定要多大的摩 01/14 22:15
123F：→ samuely: 擦系数才会达到“静力”平衡吗？ 01/14 22:15
124F：→ j6zoz04: 是的。我s大猜您说的边界指的是角度、外力。 01/14 22:50
125F：推 samuely: 其实这件事是不存在的，实际物理上静摩擦力并非正向力袤R 01/15 00:34
126F：推 samuely: 乘上静摩擦系数，而是等於外力，跟静摩擦系数有关的是最 01/15 01:07
127F：推 samuely: 大静摩擦力才对，但有限元软体无法完整呈现这情况。建议 01/15 01:08
128F：→ samuely: 您直接设成rough即可 01/15 01:08
129F：→ j6zoz04: 我试着画FBD，似乎在Mz无法平衡，可能我漏掉了什麽 01/15 09:32
131F：→ j6zoz04: 之前有试着跑跑看分析，发现摩擦系数的大小确实会影响发 01/15 09:44
132F：→ j6zoz04: 散与否。 01/15 09:45
133F：→ j6zoz04: 回s大，但我可以试着用摩擦系数去决定最大静摩擦力的大小 01/15 10:09
134F：→ j6zoz04: 来去确定我至少需要多少的摩擦系数才能平衡，这样软体做 01/15 10:10
135F：→ j6zoz04: 不到吗? 01/15 10:10
136F：推 gamer: 圆球不会平衡没错啊。无滑动的状况会变成纯滚动。 01/15 20:21
137F：→ gamer: 你的条件并不是一个静力平衡的问题，跟摩擦系数无关。 01/15 20:22
138F：推 samuely: 楼上g大正解，而且你这就算平衡了在静力分析下还是没解 01/16 09:02
139F：→ j6zoz04: 感谢两位，所以只要有角度，这颗球要嘛 1.纯滚动 2.滚动+ 01/16 14:59
140F：→ j6zoz04: 滑动 01/16 14:59
141F：→ j6zoz04: 永远无法平衡？ 01/16 15:00
142F：推 gamer: 这是很基础的滚动问题，你可以翻一下动力学课本 01/16 15:03
143F：→ gamer: 点接触的情况下，力学上不会静力平衡。 01/16 15:04
144F：→ gamer: 这个问题要能够静力平衡，要把接触位置从一个点变成一个小 01/16 15:06
145F：→ gamer: 面，然後要考虑重力，重力大到某个程度时，重力的力矩能够 01/16 15:07
146F：→ gamer: 抵抗推力的力矩就会平衡。 01/16 15:07
147F：→ j6zoz04: 据我所知球会与夹子产生一个很小的接触区域，但这样还能 01/16 15:08
148F：→ j6zoz04: 算是点接触吗? 01/16 15:08
149F：→ j6zoz04: 若不考虑重力，这个微小的接触面如力的分布不是对称的 01/16 15:11
150F：推 gamer: 你用库摩擦伦模型，他就是假设点接触。 01/16 15:11
151F：→ j6zoz04: 是否有可能让力矩平衡掉? 01/16 15:11
152F：→ gamer: 如果要考虑接触面积(真实摩擦系统)，要用特殊的摩擦模型去 01/16 15:12
153F：→ j6zoz04: 了解，难怪之前所学的摩擦是不考虑接触面积的 01/16 15:15
154F：→ j6zoz04: 印象中ANSYS是使用类似库伦摩擦去近似库伦摩擦。 01/16 15:16
155F：→ j6zoz04: 有什麽办法能使用g大您说的 真实摩擦系统 吗? 01/16 15:17
156F：推 gamer: 这部分我不清楚，可以找做轮胎摩擦力相关的文献看看 01/16 15:38
157F：→ j6zoz04: 了解，表面profile以及接触面积不在库伦摩擦的考量内。 01/16 15:48
158F：→ samuely: 我发现我前面的留言後段没跑出来XD 01/17 10:58
159F：→ samuely: 我是要说这题就算你真的打到静力平衡了，在有限元静态分 01/17 10:59
160F：→ samuely: 析中，还是会产生刚体运动。必须给上适当的位移constrain 01/17 10:59
161F：→ j6zoz04: 您是指有限元计算上会有舍入误差导致合力无法=0吗? 01/17 15:59
162F：推 samuely: 数值分析本来就没有真正的相等，你又是用静态分析(0质量) 01/17 17:15
163F：→ samuely: 所以只要有一点点残力就可以飞到无穷远 01/17 17:16
164F：推 target8917: 很久没看到技术方面讨论的如此热烈 赞赞 01/28 16:53