第二节求解器基础
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结构力学求解器重要知识点看结构力学书了解:自振频率、几何构造(怎样判断多余约束数与自由度)。
1、输入数值时(如刚度等),可用科学记数法输入:如1.25e52、自己学习时,可打开“入门向导.inp”文件,其中包含两个例题及创建该例题的详细的操作步骤。
可按其注释说明进行同样的操作。
3、变量定义,如L=6,H=L/2,可方便后续的数值的输入4、删除命令后,可按ctrl+z撤消5、荷载条件中,均布荷载沿杆轴通用,沿水平则是均布荷载水平分布(不能在竖直杆上分布),沿竖直是均布荷载竖直分布(不能在水平杆上分布)。
6、0.4*0.6**3/12=(0.4*0.63)/127、自振频率参数,10,1,0.00000005?8、修改命令:调用对话框以修改当前光标所在的命令行;9、一下命令在编辑菜单中:复原:使用该命令,可以取消上一次所做的编辑,如果无编辑操作,则该命令无法使用;删除:从文档中删除选定的文本,但不将删除的文本放到剪贴板中;查找:使用该命令,可以在活动文档中搜索指定的文字;查找下一个:不需要打开“查找”对话框即可重复前一个搜索动作,若选择该命令前未使用“查找”命令,则该命令无法使用;全选:使用该命令,可以选定整个文档;10、以下命令在命令菜单中:尺寸线:打开尺寸线命令对话框,输入尺寸线定义相关的参数(可在“标注值”输入单位,如:2m);文本:可在观览器上输入文字或公式;全文翻译:将所有命令的关键词转换成选中的语言(简体中文、英文)。
11、观览器命令:单步显示:根据设计文档,逐行(命令行)显示当前问题的结构图形;停止单步显示:在单步显示按钮按下后,位于工具栏的最右方的该按钮将由灰变亮,可用于中段单步显示;连续显示:根据设计文档,一次性地将当前问题地整个结构图画出;暂停显示:使用该命令,可以暂时中断结构图形的显示;定制结点码、单元码:命令-定制编码-标注-定制结点码、单元码杆件内力图划分段数:可以确定绘制杆件内力图、变形图时的数据点数,数据点的采集首先保证取到图形的关键点。
1.变步长(Variable—Step)求解器可以选择的变步长求解器有:ode45,ode23,ode113,odel5s,ode23s和discret.缺省情况下,具有状态的系统用的是ode45;没有状态的系统用的是discrete.1)ode45基于显式Runge—Kutta(4,5)公式,Dormand—Prince对.它是—个单步求解器(solver)。
也就是说它在计算y(tn)时,仅仅利用前一步的计算结果y(tn-1).对于大多数问题.在第一次仿真时、可用ode45试一下.2)ode23是基于显式Runge—Kutta(2,3).Bogackt和Shampine对.对于宽误差容限和存在轻微刚性的系统、它比ode45更有效一些.ode23也是单步求解器.3)odell3是变阶Adams-Bashforth—Moulton PECE求解器.在误差容限比较严时,它比ode45更有效.odell3是一个多步求解器,即为了计算当前的结果y(tn),不仅要知道前一步结果y(tn-1),还要知道前几步的结果y(tn-2),y(tn-3),…;4)odel5s是基于数值微分公式(NDFs)的变阶求解器.它与后向微分公式BDFs(也叫Gear方法)有联系.但比它更有效.ode15s是一个多步求解器,如果认为一个问题是刚性的,或者在用ode45s时仿真失败或不够有效时,可以试试odel5s。
odel5s是基于一到五阶的NDF 公式的求解器.尽管公式的阶数越高结果越精确,但稳定性会差一些.如果模型是刚性的,并且要求有比较好的稳定性,应将最大的阶数减小到2.选择odel5s求解器时,对话框中会显示这一参数.可以用ode23求解器代替。
del5s,ode23是定步长、低阶求解器.5)ode23s是基于一个2阶改进的Rosenbrock公式.因为它是一个单步求解器,所以对于宽误差容限,它比odel5s更有效.对于一些用odel5s不是很有效的刚性问题,可以用它解决.6)ode23t是使用“自由”内插式梯形规则来实现的.如果问题是适度刚性,而且需要没有数字阻尼的结果,可采用该求解器.7)ode23tb是使用TR—BDF2来实现的,即基于隐式Runge—Kutta公式,其第一级是梯形规则步长和第二级是二阶反向微分公式.两级计算使用相同的迭代矩阵.与ode23s相似,对于宽误差容限,它比odtl5s更有效.8)discrete(变步长)是simulink在检测到模型中没有连续状态时所选择的一种求解器.====================================================================== ===================2.定步长(Flxed—Step)求解器可以选择的定步长求解器有:ode5,ode4,ode3,ode2,ode1和discrete.1)ode5是ode45的一个定步长版本,基于Dormand—Prince公式.2)ode4是RK4,基于四阶Runge—Kutta公式.3) ode3是ode23的定步长版本,基于Bogacki-Sbampine公式.4) ode2是Heun方法,也叫作改进Euler公式.5) odel是Euler方法.6) discrete(定步长)是不执行积分的定步长求解器.它适用于没有状态的模型,以及对过零点检测和误差控制不重要的模型.====================================================================== ===================3.诊断页(Diagnostics)可以通过选择Simulation Parameters对话框的Diagnostics标签来指明在仿真期间遇到一些事件或者条件时希望执行的动作.对于每一事件类型,可以选择是否需要提示消息,是警告消息还是错误消息.警告消息不会终止仿真,而错误消息则会中止仿真的运行.(1)一致性检查一致性检查是一个调试工具.用它可以验证Simulink的0DE求解器所做的某些假设.它的主要用途是确保s函数遵循Simulink内建模块所遵循的规则.因为一致性检查会导致性能的大幅度下阵(高达40%),所以一般应将它设为关的状态.使用一致性检查可以验证s函数,并有助于确定导致意外仿真结果的原因.为了执行高效的积分运算,Simulink保存一些时间步的结果,并提供给下一时间步使用.例如,某一时间步结束的导数通常可以放下一时间步开始时再使用.求解器利用这一点可以防止多余的导数运算.一致性检查的另一个目的是保证当模块被以一个给定的t(时间)值调用时.它产生一常量输出.这对于刚性求解器(ode23s和odel5s)非常重要,因为当计算Jacobi行列式时.模块的输出函数可能会被以相同的t值调用多次.如果选择了一致性检查,Simulink置新计算某些值,并将它们与保存在内存中的值进行比较,如果这些值有不相同的,将会产生一致性错误.Simulink比较下列量的计算值:1)输出;2)过零点3)导数;4)状态.(2)关闭过零点检测可以关闭一个仿真的过零点检测.对于一个有过零点的模型,关闭过零点检测会加快仿真的速度,但是可能影响仿真结果的精度.这一选项关闭那些本来就有过零点检测的模块的过零点检测.它不能关闭Hir crossing模块的过零点检测.(3)关闭优化I/O存储选择该选项,将导致Simulink为每个模块约I/()值分配单独的缓存,而不是重新利用援存.这样可以充分增加大模型仿真所需内存的数量.只有需要调试模型时才选择该选项.在下列情况下,应当关闭缓存再利用;1)调试一个C-MEX S-函数;2)使用浮点scope或display模块来察看调试模型中的信号.如果缓存再利用打开,并且试图使用浮点scope或display模块来显示缓存已被再利用的信号,将会打开一个错误对话框.(4)放松逻辑类型检验选择该选项,可使要求逻辑类型输入的模块接受双精度类型输入.这样可保证与Simulink 3版本之前的模型的兼容性.====================================================================== ===================4.提高仿真性能和精度仿值性能相精度由多种因素决定,包括模型的设计和仿真参数的选择.求解器使用它们的缺省参数值可以使大多数模型的仿真比较精确有效,然而,对于一些模型如果调整求解器相仿真参数将会产生更好的结果.而且,如果对模型的性能比较熟悉,并且将这些信息提供给求解器,得到的仿真效果将会提高。
结构力学求解器重要知识点结构力学求解器重要知识点看结构力学书了解:自振频率、几何构造(怎样判断多余约束数与自由度)。
1、输入数值时(如刚度等),可用科学记数法输入:如1.25e52、自己学习时,可打开“入门向导.inp”文件,其中包含两个例题及创建该例题的详细的操作步骤。
可按其注释说明进行同样的操作。
3、变量定义,如L=6,H=L/2,可方便后续的数值的输入4、删除命令后,可按ctrl+z撤消5、荷载条件中,均布荷载沿杆轴通用,沿水平则是均布荷载水平分布(不能在竖直杆上分布),沿竖直是均布荷载竖直分布(不能在水平杆上分布)。
6、0.4*0.6**3/12=(0.4*0.63)/127、自振频率参数,10,1,0.00000005?8、修改命令:调用对话框以修改当前光标所在的命令行;9、一下命令在编辑菜单中:复原:使用该命令,可以取消上一次所做的编辑,如果无编辑操作,则该命令无法使用;删除:从文档中删除选定的文本,但不将删除的文本放到剪贴板中;查找:使用该命令,可以在活动文档中搜索指定的文字;查找下一个:不需要打开“查找”对话框即可重复前一个搜索动作,若选择该命令前未使用“查找”命令,则该命令无法使用;全选:使用该命令,可以选定整个文档;10、以下命令在命令菜单中:尺寸线:打开尺寸线命令对话框,输入尺寸线定义相关的参数(可在“标注值”输入单位,如:2m);文本:可在观览器上输入文字或公式;全文翻译:将所有命令的关键词转换成选中的语言(简体中文、英文)。
11、观览器命令:单步显示:根据设计文档,逐行(命令行)显示当前问题的结构图形;停止单步显示:在单步显示按钮按下后,位于工具栏的最右方的该按钮将由灰变亮,可用于中段单步显示;连续显示:根据设计文档,一次性地将当前问题地整个结构图画出;暂停显示:使用该命令,可以暂时中断结构图形的显示;定制结点码、单元码:命令-定制编码-标注-定制结点码、单元码杆件内力图划分段数:可以确定绘制杆件内力图、变形图时的数据点数,数据点的采集首先保证取到图形的关键点。
求解器的使用FLUENT提供了三种不同的求解器Segregated,coupled implicit,coupled explicit(显式格式主要用于激波等波动解的捕捉问题)传统上,分离解法(segregated)主要用于不可压缩以及适度压缩的流动中。
相反,耦合算法是为高速可压流体设计的。
默认情况下,fluent使用分离求解器。
对于高速可压流体,与很强的体积力高度耦合的流动,或者是在非常精确的网格上求解流动情况,可以考虑使用耦合隐式算法代替。
对于需要使用耦合隐式算法(coupled implicit)的case,如果电脑没有足够的内存,可以使用分离解法(segregated)或者耦合显式算法(coupled explicit)代替。
(显示算法节约内存,但是需要更多的计算步数达到收敛。
)选择离散格式1.一阶迎风格式v.s. 二阶迎风格式当流动与网格匹配(校准)时,一阶迎风格式是可以接受的。
对于三角形和四面体网格,由于流动不会与网格匹配,通常使用二阶离散格式会得到更准确的结果。
对于四边形/六面体网格,使用二阶离散格式会取得更好的结果,尤其是复杂的流动情况。
对于大多数情况,可以在计算初始,使用二阶的离散格式。
然而在一些情况下,可以开始使用一阶的离散格式然后在一些计算之后转变为二阶格式。
例如,如果正在运行一个高马赫数的流动计算,这个的初始解与期望的解相差很大,最终,如果二阶离散格式很难收敛,应该尝试使用一阶离散格式。
2.Quick格式v.s. Upwind(Quick格式适用于网络结构,流动方向与网格一致,对于非结构网格推荐使用二阶迎风)对于在四边形或者六面体网格中的旋转或者回旋流,Quick离散格相比于二阶离散格式可以提供更准确的结果。
对于存在震动的可压缩流动(网格为四边形,六面体或者混合网格),推荐对所有的变量使用Quick离散格式,包括密度。
3.中心差分格式v.s. 迎风格式当使用LES湍流模型时,是可以使用中心差分格式的,并且只有当网格间距足够好,以至于局部的Peclet数的大小小于1时才可以使用。