搜索基于ANSYS Workbench的子模型分析技術(shù)——CAE工程師都在用
2017-02-08 by:CAE仿真在線 來源:互聯(lián)網(wǎng)
ANSYS精彩應用
何為子模型?
子模型是得到模型部分區(qū)域中更加精確解的有限單元技術(shù)。在有限元分析中往往出現(xiàn)這種情況,即對于用戶關(guān)心的區(qū)域,如應力集中區(qū)域,網(wǎng)格太疏不能得到滿意的結(jié)果,而對于這些區(qū)域之外的部分,網(wǎng)格密度已經(jīng)足夠了,見下圖。
圖 輪轂和輪輻的子模型 (a)粗糙模型,(b)疊加的子模型
要得到這些區(qū)域的較精確的解,可以采取兩種辦法:(a)用較細的網(wǎng)格重新劃分并分析整個模型,或(b)只在關(guān)心的區(qū)域細化網(wǎng)格并對其分析。顯而易見,方法a太耗費機時,方法b即為子模型技術(shù)。
【問題背景】
在經(jīng)典界面中有子模型分析技術(shù),那么這種技術(shù)能否在Workbench(以下簡稱WB)中使用呢?
答案是肯定的。
本算例說明如何在WB中使用子模型技術(shù)。
【問題描述】
一塊開孔薄板,左邊固定,右邊施加1MPa的拉力,求板中的最大應力。
【問題分析】
該問題中存在應力集中,應力集中發(fā)生在孔的上下邊沿。
為了得到應力的收斂值,需要對應力集中點反復加密網(wǎng)格,然后對整個板進行計算。對于簡單的問題而言,這種方法是可以的。但是如果板很復雜,這樣反復計算耗時很長。比較合理的方法是使用子模型法。
經(jīng)典界面中子模型法操作復雜,而WB則對子模型法提供了完美的支持。本算例說明如何在WB中用子模型法進行操作。
WB中,首先創(chuàng)建粗糙模型并進行分析;
然后拷貝粗糙模型分析系統(tǒng)得到子模型分析系統(tǒng),并建立粗糙模型與子模型分析系統(tǒng)的關(guān)系;
接著修改子模型分析系統(tǒng)中的幾何模型,只取與應力集中點周圍的部分幾何體;
然后導入粗糙模型在切割邊界處的位移,根據(jù)此來計算子模型的應力;
對子模型反復加密網(wǎng)格,就可以得到應力集中點的精確解。
【求解過程】
1分析粗糙模型
(1)創(chuàng)建靜力學分析系統(tǒng)。
(2)創(chuàng)建幾何模型。
選擇長度單位是毫米,創(chuàng)建一個草圖
然后根據(jù)該草圖形成面體。
并設(shè)置對該面體進行2D分析。
(3)劃分網(wǎng)格。
自動劃分。此時使用粗糙的網(wǎng)格劃分。
(4)定義邊界條件。
固定左邊線。
右邊線施加1Mpa的均布載荷。
(5)求解并查看應力。
得到X方向的正應力如下圖。
可見,在孔的上下兩邊,應力最大,為2.7Mpa。
那么真正的最大應力是多少呢?
下面使用子模型加密得到。
2分析子模型
(1)創(chuàng)建子模型分析系統(tǒng)。
拷貝上述分析系統(tǒng),得到新的模型分析系統(tǒng)。
建立粗糙模型系統(tǒng)和子模型系統(tǒng)的連接關(guān)系,如下圖。
上圖意味著要把粗糙模型的分析結(jié)果導入到子模型分析系統(tǒng)中。
下面的操作均在子模型分析系統(tǒng)中進行。
(2)創(chuàng)建子模型。
雙擊子模型分析系統(tǒng)的geometry單元格,進入到DM中,修改原始模型。
首先進入草圖,在原來的圓外面再繪制一個大圓,直徑是18mm,并裁剪掉外面的矩形。
重新生成面體
退出DM.
然后更新子模型系統(tǒng)的Setup單元格,結(jié)果如下圖
(3)劃分網(wǎng)格。
雙擊Setup單元格,進入子模型分析系統(tǒng)中,此時劃分的網(wǎng)格模型如下圖。
細分網(wǎng)格。
(4)設(shè)置邊界條件。
首先Suppress前面的固定邊界條件和力的邊界條件。
然后對于新出現(xiàn)的Submodeling,單擊選中,在右鍵菜單中插入位移。
并選擇大圓作為導入位移的邊界。
接著導入粗糙模型中對應處的位移。
結(jié)果如下
(5)計算并后處理。
求解,觀察應力結(jié)果。
可見,最大應力增加到3.04MPa.
繼續(xù)加大網(wǎng)格密度。對于內(nèi)圈加密第一次。
結(jié)果如下圖
可見,應力增加很少,可以認為已經(jīng)達到收斂。
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