基于ANSYS的重啟動分析(1) —— 基本概念

引言

在工程結構分析中，若結構比較復雜，如單元節(jié)點在百萬甚至千萬量級，分析類型包含較多的非線性，如彈塑性、大變形和接觸等因素，則會產(chǎn)生兩個問題：收斂問題和分析時間較長的問題，分析參數(shù)的設置和載荷都會影響收斂性，調(diào)收斂性是工程師十分頭疼的問題之一。如果改變參數(shù)或載荷進行重新分析，則分析時間太長，效率太低，那么有沒有一個方法可以在出現(xiàn)不收斂時，暫停分析，待分析參數(shù)或載荷改變后繼續(xù)分析呢？

當一個分析已經(jīng)完成，若此時因為設計和實際情況發(fā)生改變需要增加載荷種類或延長載荷的時間歷程，如何才能避免重新分析而在前一個分析結束時繼續(xù)分析呢？

當一個分析的輸入事先并不能完全確定，而是根據(jù)結構響應而實時變化，如何才能在分析過程中間暫停，提取結果進行處理后，確定下一次分析的輸入呢？

ANSYS提供了一個重啟動(RESTART)分析功能，可以解決以上問題。

重啟動分類

一般分為單框架重啟動和多框架重啟動，在高版本(如15.0及以上)的ANSYS中，已經(jīng)取消了單框架而只保留了多框架重啟動。

如果分析程序結束以后，尚且需要在此狀態(tài)下繼續(xù)加載等進行分析，則需要單框架重啟動；若在非線性分析中，我們需要在某一個載荷步的某一個子步狀態(tài)下進行分析，則就需要多框架重啟動。

需要滿足的條件

線性或非靜力(準靜態(tài))結構(不包括斷裂分析)和瞬態(tài)結構(完全法和模態(tài)疊加法)、熱分析、熱-結構、2D磁場諧響應分析；

初始分析時，至少完成一個迭代步，即需要.RDB文件；

不能因為系統(tǒng)崩潰或者強制退出而中斷分析；

初始分析和重啟分析的軟件版本必須一致；

單框架重啟動需要如下文件：

Jobname.db文件必須在solve命令結束后立刻保存，如果是因為非線性分析而中斷，則文件是自動保存的，如果分析為基于模態(tài)疊加的時域分析時，無法重啟動；

Jobname.EMAT，如果單元矩陣文件存在則需要保存；

Jobname.ESAV，單元數(shù)據(jù)文件，如果因為出現(xiàn)不收斂，如位移超出限值等時，需要刪除此文件，用Jobname.OSAV文件替代；

結果文件并不是必須的，重啟動分析的結果文件會追加到結果文件中；

如果分析為基于模態(tài)疊加的時域分析時，Jobname.RDSP文件是必須的。

多框架重啟動需要如下文件：

Jobname.RDB文件，在第一個載荷步第一個子步完成后自動保存，提供了包括初始條件的完整分析描述，并且不隨著重啟分析次數(shù)的變化而變化。在第一次solve命令之后定義的參數(shù)是不會保存在Jobname.RDB文件中的，如果在第一次solve命令以后定義了參數(shù)，則需要通過parsav命令保存參數(shù)，然后在restart分析中的solve之前用parres命令恢復參數(shù)；

Jobname.LDHI文件，該文件記錄了載荷時域數(shù)據(jù)以及每一個載荷步的載荷和邊界條件信息，目的就是在重啟動分析開始時，從此文件讀取相應載荷步的載荷和邊界條件；

Jobname.Rnnn文件，對于非線性靜力和完全瞬態(tài)分析，此文件包括了指定載荷步的子步狀態(tài)下的單元記錄和求解命令等信息，分析要求在此子步下時收斂的，如果不收斂，則會保存前一次收斂的結果；

Jobname.Mnnn文件，基于模態(tài)疊加法的瞬態(tài)時域分析，包括了單個子步下的模態(tài)位移、速度和加速度信息。

重啟動分析的一些限制條件

在重啟動分析過程中，不能改變材料屬性和單元；

KUSE命令被禁止，新剛度矩陣和.L22文件重新生成；

.Rnnn文件不包括單元生死命令EKILL和EALIVE，如果需要，則在重啟動分析過程中再次運行以上2個命令；

.RDB文件只包括第一個載荷步的第一個載荷子步結束時系統(tǒng)的狀態(tài)信息，在此之后定義的一切信息，尤其是APDL定義的參數(shù)等信息都不會被保存，需要在重啟動分析過程中再次定義，當然，也可以用parsav命令保存，然后再重啟動分析過程中用parres恢復參數(shù)，此問題也會出現(xiàn)在改變單元實常數(shù)的情況，即R命令要放在重啟動分析過程中；

重啟動分析的子步數(shù)不能大于9999；

不支持使用弧長法(ARCLEN)的多框架重啟；

因為載荷和邊界條件信息都記錄在.LDHI文件中，是在節(jié)點上的而不是在幾何模型上的，所有要刪除這些載荷和邊界就必須直接在節(jié)點上進行刪除；

在重啟動分析過程中，不能使用save命令保存db文件；

不能用嵌套的do循環(huán)；

需要用solve命令初始化重啟動時候的狀態(tài)，包括如下三個過程：

恢復數(shù)據(jù)庫文件.RDB；

讀入載荷和邊界條件信息文件.LDHI；

恢復求解命令和狀態(tài)信息文件.Rnnn或者基于模態(tài)疊加法的瞬態(tài)分析文件.Mnnn，然后在antype后，可以對載荷邊界和求解命令等做出相應的修改來覆蓋之前的設置。

最后

本文主要討論了在ANSYS中進行重啟動分析的條件以及注意事項，下文主要討論具體的實現(xiàn)過程。