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严重不连续迭代与平衡迭代

在abaqus/standard接触分析的msg文件中看到如下错误信息，应如何解决?*** nãte： contact fails to converge in the maximum number of severe discontinuity iterations allowed.(严重不连续选代的次数达到了上限,接触无法收敛)***error：too many attempts made for this increment.(此增量步的尝试次数过多)

 

节点在接触面的法向上有闭合(closed)和开放(open)两种接触状态，如果定义了摩擦，在接触面的切向上就有粘结(stick)和滑动(slip)两种摩擦状态。如果在一次迭代中有某个节点的上述状态发生了变化，即为严重不连续选代(severediscontinuityitera-tion)，当所有节点的接触状态和摩擦状态都不再发生变化，即为平衡选代(equilibrium iter-ations)。

 

严重不连续选代是abaous/standard接触分析中必然会出现的正常现象，并不意味着模型中存在错误。正常情况下，每次选代中发生严重不连续变化的节点数目会逐渐减少(或者偶尔会增大，但总的趋势是减少的)，直至进入平衡迭代，最终达到收敛。下面是一个abaqus6.7版本msg文件内容的例子，增量步1经过5次严重不连续选代和1次平衡迭代后达到收敛：

 

increment 1 starts. attempt number 1,time increment 1. 00

1142 severe discontinuities occurred during this iteration.(1142个节点出现了严重不连续变化)

5 points changed from open to closed

70 points changed from closed to open

121 points changed from slipping to sticking

946 points changed from sticking to slipping

convergence checks for severe discontinuity iteration 1(检查第1个严重不连续选代的收敛情况)

(此处略去了力和力矩平衡等信息)

 

459 severe discontinuities occurred during this iteration

(459个节点出现了严重不连续变化)

16 points changed from open to closed

39 points changed from closed to open

221 points changed from slipping to sticking183 points changed from sticking to slipping

convergence checks for severe discontinuity iteration2(检查第2个严重不连续选代的收敛情况)

 

4 severe discontinuities occurred during this iteration.

(4个节点出现了严重不连续变化)

20 points changed from closed to open

26 points changed from slipping to sticking

38 points changed from sticking to slipping

convergence checks for severe discontinuity iгeration 3(检查第3个严重不连续迭代的收敛情况)

 

20 severe discontinuities occurred during this iteration.

(20个节点出现了严重不连续变化)

9 points changed from closed to open

2 points changed from slipping to sticking

9 points changed from sticking to slipping

 

convergence checks for severe discontinuity iteration .4(检查第4个严重不连续选代的收敛情况)

......

2 severe discontinuities occurred during this iteration

(2个节点出现了严重不连续变化)

2 points changed from closed to open

convergence checks for severe discontinuity iteration 5(检查第5个严重不连续选代的收敛情况)

......

convergence checks for eouilibrium iteration 1

(检查平衡迭代的收敛情况)

......

iteration summary for the increment： 6 total iterations, of which5 5are severe discontinuity iterations and 1 are eouilibrium iterations.(此增量步中共进行了6个选代，其中5个是严重不连续选代，1个是平衡迭代)

 

在job功能模块中，可以查看严重不连续迭代与平衡迭代的信息，详见本书第10.1节监控分析作业的运行状态”。

 

abaqus/standard的默认设置是：如果严重不连续迭代次数达到12次，abaqus就自动进行“折减”(cutback)，即减小增量步长，重新开始迭代；如果折减5次仍不能收敛则分析中止，并在msg文件中显示本问题中的错误信息“严重不连续选代的次数达到了上限，接触无法收敛”。

 

在大多数情况下，出现上述现象的原因是模型本身存在问题，应根据《实例详解》第5.2.8节“解决接触分析中的收敛问题”中介绍的方法改善模型。例如，可以在施加载荷之前增加两个分析步，在第1个分析步中用临时边界条件约束发生接触的部件实体，让接触关系建立起来；在第2个分析步中去掉此临时边界条件，施加很小的载荷，以避免接触状态发生剧烈的变化；在下--个分析步再施加实际的载荷。

 

如果确认模型本身没有问题，而且每次迭代中发生严重不连续变化的节点数目确实是逐渐减少的，只是减小的速度比较慢(原因可能是接触面上的节点数非常多，或接触状态变化得非常剧烈)，就可以适当增大严重不连续迭代次数的上限，相应的abaous/cae操作为：

 

在step功能模块中，选择菜单0thergeneral solution controls→edit，在如图16-5 所示的对话框中选择time incrementation 标签页适当增大严重不连续迭代次数的上限1，例如可以由默认值 12 改为20。

 

 

图16-5修改严重不连续选代次数的上限

 

提示：一般情况下，abaqus默认的各个求解控制参数都是比较合理的，读者不要随便修改这些参数。

 

接触是一类极度不连续的约束。如果两个面发生接触，就必须施加相应的约束关系，并判断接触面面积和接触压力的大小。如果两个面分开，则没有约束存在，就必须移走相应的约束。aba0us/standard 在分析接触问题时，使用newton-raphson法求解非线性方程，在每个增量步中的迭代流程如图16-6所示。

 

 

图16-6 abaous/standard计算接触问题时的迭代流程注：p是从面节点的接触压力，p<0表示接触状态由闭合变为开放；h是从面节点侵入主而的距离。

 

如果模型中定义了摩擦，在abaqus/standard 求解的方程组中将会增加非对称项。当摩擦系数小于0.2时，非对称项的数值很小，对计算结果的影响也非常小；当摩擦系数大于0.2时，abaous将自动采用非对称求解器来增加模型的收敛速度。

 

需要注意的是，非对称求解器所需的计算机内存和硬盘空间是对称求解器的2倍，而且如果摩擦系数设置的太大，对abaqus/standard分析可能会引起收敛困难，而对于abaqus/explicit 分析一般不会出现收敛问题。

 

（内容、图片来源：《abaqus有限元分析常见问题解答》，侵删）

 

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