优化载荷步、子步和平衡迭代过程

在确定载荷种类后，要理解ANSYS软件中一个载荷的加载过程，这就需要了解载荷步、子步和平衡迭代相关知识。

1.载荷步

载荷步是指为了获得解答的载荷配置，ANSYS软件中称载荷步为Load Step。在线性静态或稳态分析中，可以使用不同的载荷步施加不同的载荷组合。例如：在第一个载荷步中施加风载荷，在第二个载荷步中施加重力载荷，在第三个载荷步中施加风和重力载荷以及一个不同的边界条件等。在瞬态分析中，多个载荷步加到载荷历程曲线的不同区段。

图4-2所示为一个需要三个载荷步的载荷历程曲线。其中，第一个载荷步用于线性载荷，第二个载荷步用于不变载荷部分，第三个载荷步用于卸载。一般来说，每个载荷步的结束位置的确定比较重要，图4-2中用小圆圈表示每个载荷步的结束位置。

图4-2 载荷步

2.子步

子步是执行求解载荷步过程中的计算点，ANSYS软件中称子步为Substep。对于不同的分析类型，子步的作用不同。

1）在非线性静态或稳态分析中，使用子步逐渐加载以便获得精确解。(www.xing528.com)

2）在线性或非线性瞬态分析中，使用子步是为满足瞬态时间累积法则（为获得精确解，通常规定一个最小的时间步长）。

3）在谐波分析中，使用子步可获得谐波频率范围内多个频率处的解。

子步控制可选择“Main Menu＞Preprocessor＞Loads＞Analysis Type＞Sol’n Controls”命令，弹出“Solution Controls”对话框，在“Basic”选项卡中的“Number of Substeps”文本框中设置。

3.平衡迭代

平衡迭代是指在给定子步下为了收敛而计算的附加解。平衡迭代仅用于收敛起着很重要作用的非线性分析（静态或瞬态）中的迭代修正。

例如：在一个二维非线性静态磁场分析中，为了获得精确解通常可使用两个载荷步，第一个载荷步将载荷逐渐加到5～10个子步上，每个子步仅使用一次平衡迭代；第二个载荷步中得到最终收敛解，且仅有一个使用15～25次平衡迭代的子步，如图4-3所示。

图4-3 载荷步、子步和平衡迭代关系