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ADINA有限元:计算时间步/载荷步选取

时间:2023-11-06 理论教育 版权反馈
【摘要】:稳态分析中的时间步没有任何物理意义,定义时间函数的目的是用来确定各时间步下的载荷情况。瞬态分析中的时间步则有物理意义,因此,计算时间步长的大小必须设置合理。对于微可压缩流体,波速w的表达式为:式中,,是流场体积模量;p是压力;ρ是密度。对于可压缩流体,波速与音速相同,表达式为:式中,c是声速;γ≡cp/cV,是比定压热容与比定容热容的比值。图7-10 波动问题中时间步长的选取

ADINA有限元:计算时间步/载荷步选取

稳态分析中的时间步没有任何物理意义,定义时间函数的目的是用来确定各时间步下的载荷情况。瞬态分析中的时间步则有物理意义,因此,计算时间步长的大小必须设置合理。对于隐式方法,时间步长的大小没有任何限制,只需方程能够迭代收敛即可,因此,时间步长的选取只与感兴趣的实际物理条件有关。

许多瞬态问题都有时间周期性,一般情况下,该类问题最小的合理时间步长应取为时间周期的1/100~1/20,如图7-9所示。

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图7-9 周期性瞬态问题中时间步长的选取

某些瞬态问题的时间步长则完全由所关心区域的波动情况决定,即:时间步长必须小到足以捕捉到波的运动过程。

对于微可压缩流体,波速w的表达式为:

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式中,978-7-111-35841-1-Part02-241.jpg,是流场体积模量;p压力ρ是密度。(www.xing528.com)

对于可压缩流体,波速与音速相同,表达式为:

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式中,c是声速;γcp/cV,是比定压热容与比定容热容的比值。

一般情况下,如果10倍时间步长下波动的最小距离为L,则L/10w就是允许的最大时间步长。从另一方面来看,如果时间步长太小将造成计算时间步太多,往往也没有必要。L/10w是时间步长的上限值,Δx/w则是时间步长的下限值(如图7-10所示),其中,Δx指的是单元尺寸。

对于比较复杂的问题,为了捕捉到模型在整个时间过程的响应,时间步长应该尽量取小值。当步长足够小时(CFL值大约为1),则可以忽略计算的平衡迭代。尤其对于包含很多时间步的计算问题,忽略平衡迭代可以节省大量的CPU时间,一般可以达到50%~90%。

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图7-10 波动问题中时间步长的选取

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