精典三问：啮合、单元和求解器

mafuyin

做了一段时间的振动和动力学分析问题，发现了如下几个惊人的问题：
1、对于一块薄板，长宽高为1×0.5×0.01，两端固定，进行模态分析，方案1是划分20000个六面体solid单元，方案2是划分2000个solid单元，方案3是抽中面并定义厚度为0.01，方案4是导入整个shell并定义厚度为0.005，求解结果惊人。
2、对于齿轮对的啮合模拟，方案1是限制齿轮中心点非转动方向的5个自由度，然后施加一个转动角速度，方案2是施加一个角位移，方案3是施加一个扭矩，结果也是大不一样。
3、对于某复杂结构进行模态分析，网格40W，四面体单元，最小偏角7.5度。分别用abaqus和nastran求解，第一阶模态和第二阶模态相反。

下面是对结果和过程的一些描述：
对于第一个薄板的问题，分析结果如下：

从结果看，方案1和方案4的结果比较吻合，方案2与方案1差别达到10倍左右，方案3与方案1和方案4差2倍多。这种匪夷所思的结果让人费解，按这样分析，方案1应该是没有问题的，方案4是不太合理的，但方案2和3貌似比较合理，而结果却差了这么多。
由此得出的启示是，理论上薄板和实体的界限很模糊，对于这种介于两者的明显区别之间的常见结构，选对单元类型很重要，但具体理论上的依据怎么衡量，需要探讨。

下面是对第二个问题的过程和结果的描述：
方案1加载了6.28rad/s的角速度，进行隐式动力响应分析，计算时间0.01s，最大接触应力3e3Pa。方案2一组划分10W单元，加载0.1rad角位移，也是进行隐式动力响应分析，计算时间0.01s，最大接触应力279MPa，最大Mises应力却达到了3000MPa，而且没显示出线啮合的趋势；第二组在轮齿部位网格加密一倍，一共15W单元，分析方法等条件不变，最大接触应力9300MPa，最大Mises应力达到了8000MPa，显示出了线啮合的趋势。如果方案2设置塑性行为，那么无法收敛。方案三施加5N.m的扭矩，计算结果和方案1基本一致。


从云图看，方案二的第二组是正确的，但从数值看，所有方案都错误。那么该类问题如何约束又如何加载呢？
看似齿轮啮合一个较为简单的问题，但为什么会出现这么大的错误呢？

下面是对第三个问题的过程和结果的描述：
单元是完全一样的，四面体单元，40W左右的单元数，一阶单元，约束也完全一样，约束了所有的螺栓孔，别的参数设置也相同，分别用nastran2007和abaqus6.10、6.11进行模态分析，后两个求解结果是一致的，与第一个相比前两阶模态振型的位置完全相反，后面的模态也不一样，频率也不一样。


总的来看，abaqus的第一阶和nastran的第二阶是吻合的，别的差别就较大了。
如此来看，哪个的计算结果算是准确的呢？为什么差别这么大？

以上三个问题基本包含了振动中经常遇到的几个经典问题，以此来完成Z管交给我的对振动方面的整理的任务，希望大家积极参与讨论，提出有含金量的想法、问题等。

bananaliuchao

m版能不能给出例子详细解释一下啊~对振动完全外行~话说是不是应该用  经典.....

mafuyin

好不容易贴上去了，不过最后两张图是另外两种没有一样的方案的求解结果，大家就不要参考了。

zsq-w

1、对于一块薄板，长宽高为1×0.5×0.01，两端固定，进行模态分析，方案1是划分20000个六面体solid单元，方案2是划分2000个solid单元，方案3是抽中面并定义厚度为0.01，方案4是导入整个shell并定义厚度为0.005，求解结果惊人。

问题很多，我看哪条就回复哪条吧。
1）方案1 2 的单元数目不是关键，厚度方向单元数目是关键（当然，厚度方向单元数目对总的单元数目影响很大）。
2）方案3最有，方案4是错误模型。
3）“求解结果惊人”，这个建议还是直接写上各个结果的区别。 另外，方案4与前三个方案没有比较价值，因为所分析的模型完全不一样了...


PS：就这类几何和边界球前几阶模态来说，各类有限元软件几乎会得到同样的结果的（一般误差在3%以内，甚至更小）

alljoyland

第一个模型,算薄壳的那个,用壳单元显然是最准的.第一种方案应该没有它精确.用实体单元算薄壳是不太好的.我以算过圆板的,并且和解析解对过,薄壳单元最为合适.
仔细阅读ansys的文档,也认为是如此.
另外一般来说能用低维的单元,一般比较好.

hrbeu221

不知道楼主能否将inp文件分享下，谢谢