问题描述

我正在求解线性固定有限元模型,但该软件无法解决。为什么?

我该怎么办?

解决方案

线性有限元模型是所有材料属性,负载,边界条件等相对于解决方案的恒定的模型,而管理部分微分方程本身就是线性的。从固定意义上求解此类模型应该只需要求解一个线性方程式系统,并且应该始终可解决,但是在某些情况下,软件将无法找到解决方案。

如果您不确定问题是否是线性和固定的,请查看日志。固定求解器都用于固定(时间不变)和频域(时间谐波)研究类型。在固定求解器日志的顶部附近,该软件将报告是否使用线性或非线性求解器。大多数多物理问题是非线性的。如果模型是非线性的,请参见:改善非线性固定模型的收敛性

以下是线性固定模型无法解决的可能原因,以及分辨率:

约束和边界条件不足

约束和边界条件的组合必须足以在要解决的场变量方面定义问题的唯一解决方案。例如,在一个固体力学(其中所述软件正在为固体内的位移字段求解)边界负载零件的条件不足以定义位移。也就是说:即使零件上的部队相反且平等,这也不足够说明在哪里部分是,因此您必须添加其他条件,例如固定约束限制位移。

未定义的材料特性

如果未定义物理接口所需的某些或全部所需的材料属性,则该模型将在运行时产生错误。也将有一个红十字会材料分支图标。查看设置材料分支的窗口,以获取所有带有不确定材料的域列表,并在这些域中添加材料。如果一种特定的材料缺少一种属性,则该材料也将在模型构建器中的该材料图标上突出显示。

不正确的材料特性

如果输入的材料属性对于管理方程不正确,则该模型将在运行时产生错误,通常单数矩阵错误。例如,在固体力学,如果泊松比设置为0.5,则该模型将无法求解,因为该值与线性弹性理论不相容。作为第二个例子,解决电流,请勿将完美的电绝缘体建模为具有零电导率的材料,而是省略了模型的域并使用电绝缘边界条件。

未定义的变量

如果您尝试输入未定义的变量,则自动语法突出显示将在输入时识别它,并且最好立即解决此问题。如果您尝试求解此类模型,则运行时会出现错误,将提供有关变量名称以及在何处的信息。查看模型设置以解决这些设置。

记忆不足无法解决模型

如果模型很大,并且计算机中没有太多内存,则可能会收到有关内存的错误消息。如果是这样,请参见:知识库1030:错误:“不记忆”。另外,请记住,线性固定模型应该解决不管网格的粗糙程度如何(尽管精度较低),因此您始终可以从尽可能粗糙的网格开始,并完善网格(另请参阅:另请参见:知识库1030:进行网状精炼研究

严重条件的问题

由于设置,某些模型在数字上是错误的条件。数值不良的条件意味着系统矩阵几乎是单数,并且很难在有限的计算机上求解。这可能是由于材料特性的极端变化或高纵横比几何形状而产生的。

例如,在一个电流问题,您可能需要考虑一种材料系统,包括良好的导体,例如铜(电导率〜6e7 s/m)和玻璃等绝缘材料(它们的电导率可能为〜1E-14 s//s/m。)材料特性的如此巨大的差异可能具有挑战性。在这种情况下,查看是否可以完全从分析中省略一种材料(或另一种)。在这种情况下,将绝缘材料视为完美的绝缘体可能是合理的,从分析中省略它,并使用电绝缘边界条件,而不是对这些域进行建模。

几何纵横比的条件相对严格。作为一个粗略的经验法则,一旦最大的特征维度与最小的方法100:1之间的纵横比,您可能会开始遇到问题,应该寻找替代问题的方法,尤其是在3D模型中。一个例子是铝饮料罐的线性静态结构模型。如果使用固体力学物理界面需要明确建模容器的薄壁,但壁厚远小于整体尺寸。这样的情况最好与物理界面,专门用于处理薄壁结构零件。在许多物理区域中,存在专门用于解决几何形状具有极端纵横比的病例的替代物理公式。这些可以单独使用,也可以与其他界面结合使用。查看是否可以使用它们,而不是显式建模具有高度比例的零件。

在某些情况下,质量极差的网格导致问题不良的问题,这个问题通常与具有极端纵横比的几何形状结合起来,并因此而产生。使用手动定义的网格避免具有极端长宽比的元素并进行网格精炼研究,如下所述:进行网状精炼研究

对于条件不足的问题,通常需要使用直接求解器。大多数3D模型的默认求解器是迭代求解器,对条件不足的问题更敏感。如果默认迭代求解器没有收敛,请尝试切换到直接求解器,如下所述:了解完全耦合与隔离方法和直接求解器与线性求解器

使用错误的求解器

不同的物理具有不同的默认求解器。但是,如果已经对求解器设置进行了较低级别的更改,则该软件将不会自动使用正确的默认求解器。求解器设置存储在研究>求解器配置>解决方案。如果这些设置已手动更改,您将在解决方案功能,如下屏幕截图所示。如果您看到了,请右键单击解决方案功能和选择重置求解器默认。或者,删除并重新创建研究。

屏幕截图显示已更改的求解器配置。注意解决方案功能上的星形符号。