ADINA有限元经典实例分析-时间函数与时间步

载荷的大小往往随着时间发生变化，ADINA软件使用时间函数来描述载荷的大小随时间的变化情况。不论是静态问题还是动态问题，都必须为任何载荷指定时间函数。单击菜单Control→Time Function可以定义时间函数，ADINA软件默认的时间函数1是一个不随时间变化的常量，如图4-23所示，它表明载荷的大小不随时间发生变化。

图4-23 ADINA默认的时间函数

读者不仅可以修改默认的时间函数1，而且可以定义其他的时间函数。图4-24所示的时间函数表明：在40个单位时间内，载荷由0线性增加到400。如果定义的位移载荷大小为1，则在0时刻，位移载荷为0；在40时刻，位移载荷线性增加到400。

图4-24 时间函数示例

时间步用来描述计算所需的步数及对应的步长。在菜单Control→Time Step下可以定义计算时间步，ADINA软件默认的时间步设置通常不能够满足要求，因此需要修改。时间步的定义情况决定了计算求解的总时间。对于如图4-25所示的时间步，总时间为25个时间单位（t=10×1.0+5×2.0+50×0.1=25）。计算时间步的总时间可以由ADINA软件自动算出，对应的操作如下：单击菜单Model→Rebuild，在图形区的左上角将显示总的计算时间。

任意时间步的载荷增量由时间函数和时间步长共同确定。如图4-26所示，载荷的变化趋势由给定的时间函数确定，给定时间增量Dt后就能够确定载荷增量DF。

对于隐式（Implicit）计算，时间增量按时间步中定义的Constant Magnitude计算，如果在给定的时间增量下计算没有收敛，计算将会中止。为了让计算能够顺利进行，读者可以通过改变Constant Magnitude来调整时间步的定义，但这种方法并非是最好的方法。ADINA软件还提供了一个非常好的工具——自动时间步长（ATS），提交计算前可以打开自动时间步长，并进行相关设置。

图4-25 时间步示例

图4-26 载荷增量的确定

对于非线性计算（静态问题和动态问题），最好打开自动时间步长，在模型的调试阶段更是如此。程序模块工具条中包含设置自动时间步长的图标，其对话框如图4-27所示，各参数的含义如表4-3所示。自动时间步长是非线性分析的重要工具。在模型调试阶段，读者往往并不清楚将时间步长设置为多大才合适，此时可以打开自动时间步长，并将Maxi-mum Subdivisions Allowed参数设置为较大值，提交计算并观察计算的收敛情况，如果时间步长非常小时都不能够收敛，往往说明模型本身可能存在问题。需要注意的是：对于线性问题，设置自动时间步长对分析毫无意义。

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图4-27 设定自动时间步长

表4-3 设定自动时间步长

（续）

当模型计算不收敛时，可以利用自动时间步长Automatic Time-Stepping（ATS）来控制时间步的大小以得到收敛解。当使用ATS时，如果给定的时间步长不能使计算收敛，程序会自动细分时间步。如果细分后仍然不收敛，该细分过程将会继续下去，直到找到合适的时间步长，或者达到了允许的最大细分次数为止。如果达到了规定的最大细分次数，计算还不收敛，ADINA将会退出计算，并告知读者计算无法收敛。在ATS过程中，如果收敛很顺利，时间步长可能会增大，以加快求解速度，节省求解时间。

ATS在以下两种情况下会帮助读者得到收敛结果：

1）载荷是逐渐增长的，这种情况下，更小的时间步意味着每一步将施加更小的载荷增量。

2）在瞬态分析中，更小的时间步长会提高矩阵稳定性。

但是，即使选择了ATS技术，读者也应该尽量指定合理的时间步长，否则在细分时间步长的过程中会浪费过多的计算时间。注意：ADINA只会输出指定时间步的结果，而不输出细分时间步的结果。

对于显式（Explicit）计算，定义的时间步长往往不是计算中的的真实步长，ADINA软件会根据模型的实际情况自动判断计算时间步长的大小。尽管如此，读者在时间步中定义的步长仍然有意义，ADIAN将按照该时间间隔来保存计算结果。

静态问题中的时间为伪时间，主要作为计数器来使用；动态问题中的时间为真实时间，用于计算速度、加速度、应变率等物理量。

需要注意的是：时间函数中定义的时间要不小于时间步中定义的时间总和。如果时间步中定义的时间总和超过了时间函数中定义的时间，提交计算时将无法生成求解文件（*.dat），并给出出错信息。