ANSYS中如何處理奇異性方法

2017-03-03 by:CAE仿真在線來源:互聯網

ANSYS中如何處理奇異性方法

在有限元分析中(FEA)中,必須適當地簡化實體,我們很少分析包含所有細節(jié)的實體。由于計算條件限制了模型的規(guī)模,權宜之下,通常簡化螺紋孔、倒角、安裝凸臺和其它一些并不重要的部分。因為簡化一些無關緊要的細節(jié)能使分析求解盡可能地高效,減少占用的RAM、硬盤空間和CPU時間。但問題是,隨著倒角和其它一些細節(jié)被簡化,在它們鄰近區(qū)域內計算出的應力值可能不準確。比如用一個尖角代替倒角,尖角處產生奇異,導致該處有無限大的應力集中因子。雖然奇異并不防礙ANSYS在該處的應力計算,但計算的結果卻不能反映真實應力,由于單元密度的疏密不同,計算的結果可能比實際值過高或過低。雖然計算的應力值是不準確的,若位移值仍然是好的,且奇異產生的區(qū)域并不特別重要,該應力值則可以忽略,分析員可以放心的關注模型的其他部分。有時,一些模型細節(jié)明顯可以被簡化,有時細節(jié)剛開始并不顯得重要,但后來結果分析顯示該細節(jié)是至關重要的,這也是應力分析學科的一個特點。分析員必須運用他們的經驗和直覺來判斷設計細節(jié)的相關性能,確定它們能否被簡化而不產生錯誤的結果。我發(fā)現經驗能使分析員的直覺靈敏,盡管如此,但仍可能出錯,有時分析員并不能掌握細節(jié)的重要性,當他檢查結果時才發(fā)現,簡化了的細節(jié)其實是非常重要的。象這樣的情況,我們有幾種選擇方案。一種是在模型中添加該細節(jié)重新計算,該方法適應于具有簡單邊界條件和相對比較簡單的幾何實體,并且重新分析所需要的時間也不太多。如果第一次計算需要70個小時,且任務緊迫,那么修改并重新計算整個模型并非是很好的方式,此時應該應用已有的結果來得出精確的應力。完成該任務的方法之一是子模型法,在包含細節(jié)的相關區(qū)域建立子模型來計算精確的應力。在ANSYS在線文檔中可獲得子模型法,分析向導的“高級分析技術”章節(jié)中包含了ANSYS可以完成的各種類型子模型例子,包括“shell-shell”、“shell-solid”和“solid-solid”。如果子模型在低應力梯度區(qū)域內具有邊界,根據在線文檔的指南可以得到滿意的求解。特別當模型相對比較復雜和建立子模型計算結果所用的時間夠用時,可用子模型法來計算,因為子模型法通常比原始模型尺寸更小,運行的時間也更少,且對計算資源要求不高。當然,可能也要花費一到兩天的的時間來建立子模型、施加邊界條件、求解和分析結果。另外一種獲得準確應力值的方法是外插值法。假設奇異在該區(qū)域沒有發(fā)生時來推斷奇異點的應力值,并使用應力集中因子來計算真實應力。例如一個具有階躍截面的懸臂梁(圖1),大邊固定,在自由端的頂部施加一個垂直載荷。在實際幾何體中,雖然在階躍截面處有一小的倒角,但在模型中通常被簡化,因為初始的估計表明這并不重要。然而計算結果顯示(圖2)該區(qū)域的應力是最值得關注的。通過沿著梁較薄部分底部的路徑畫應力值(在該例中為最小應力S3),從而可以較好的估計奇異點的應力值。該任務通過以下的命令來完成:用PPATH定義路徑,PDEF命令插值該路徑上的S3 應力值和PLPATH畫插值數據。該過程表明S3 隨位置呈線性變化(圖3),愈靠近尖角,數值愈大,當接近尖角時,由于該位置的奇異,應力值迅速增加。使用該圖,可以估計應力曲線的線性部分與垂直軸在-7180PSI處相交,此數據與手工計算的-7200PSI數據接近。如果應力集中因子為1.0,該應力值即為尖角處的應力值。處理尖角處不正確應力時,一種較好的方法是分析員借助應力集中手冊(如R.E.Peterson的《應力集中因子》),找到幾何體的相應應力集中因子來計算正確的應力值。 (http://www.ansys.com.cn/SUPPORT/caewz2.htm) 該例簡單從而可以容易地用手工計算來完成,但存在許多這樣的情況:問題并非這樣簡單并且根本不可能進行手工計算。此時,在產生奇異的區(qū)域,你可以運用應力的線性插值和合適的應力集中因子來快捷計算準確的應力值。

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