结构相关仿真问题答疑专用帖

empty4585

眼前烟雾 发表于 2014-10-13 20:32
用第一种方法就不用保留螺栓、螺母、螺钉了是吧？那该选择哪几个面创建beam呢？我目前处理方法使用孔边做 ...

A7_2：
     其实没有特别固定的方法来模拟，很多时候如何取舍与你的习惯和目的有关。第一种方法，螺栓一般会简化成梁单元，螺母、螺帽留下不留下都可以，留下，则会较好的保留gasket区域的刚度表达；祛除掉，则会省去一些分网，建立接触的步骤，简化流程。所以并没有什么绝对的做法，你需要弄清楚各种方法的本质和出发点，当然这需要一些积累和实践验证。
       为了给你形象地描述一下，我仓促地做了一个螺栓分析的模型，比较粗略，主要展示下几种简化办法的思路，并简单进行了比较。
       两块钢板，用M14的螺栓紧固连接，预紧力50KN，预紧完成后，钢板承受法向50KN的拉力，使其相向分离。
       三种简化思路：
      1、采用上面所说的用contact中的 bolt thread，全部使用实体单元solid186模拟；
      2、将螺栓简化为beam188，两端端点与对应区域采用contact(mpc)连接；   
      3、直接去掉螺栓，用更为省事的 connection>beam 来连接被连接件相应区域。

      注意：
      1、由于第3种办法无法施加 bolt pretension (也许可以，我暂时没有仔细研究)，我对第2、3种办法单独计算了无预紧，而直接承受50KN法向拉力的情况，以比对2、3种方法的差别。
      2、为加快速度，网格较为粗糙，因此在螺杆法向应力等等的应力等值线并不平滑，正式应用时应保证网格足够。

      结果如下图，比较数据见下表：

	工况1：	预紧力50KN		工况2：	预紧后拉力50KN		工况3：	直接施加拉力50KN
	位移/mm	螺栓轴向应力/mpa	母材孔边应力/mpa	位移	螺栓轴向应力	母材孔边应力	位移	螺栓轴向	母材孔边应力
1	0.0737	320.5-329		0.4718		950	/	/	/
2	0.0461	325		0.5026		930.35	0.5691	50000	930.24
3	/	/	/	/	/	/	0.5707	50000	942.45

      由此可以给出指导意见：
      如果并不十分关心螺栓本身，而整体结构较螺栓区域又大很多，则推荐采用第3种方法等效模拟螺栓。

      ！！时间仓促，附件模型难免有纰漏和考虑不周之处，如有发现，尽管指出。

K_K

这种帖子不能沉。

K_K

请问楼主在结构分析中，实体网格划分的话，长细比一般最大多少合适，比如一个棱柱或长方体的话。

empty4585

K_K 发表于 2014-10-23 10:25
请问楼主在结构分析中，实体网格划分的话，长细比一般最大多少合适，比如一个棱柱或长方体的话。 ...

A8：
    首先不知道你所认为的长细比究竟是什么，那么我先就个人经验和理解来说说长细比这个名词：

    1 长细比，一般在钢结构设计中提及较多，它是指：杆件的计算长度和回转半径的比值，用来考核结构稳定性的重要指标。具体的我就不赘述了，楼主可以百度，或看看钢结构设计规范 GB50017 ；

    2 我觉得楼主可能指的不是上面的概念吧，所以还有第二个含义，在ansys中，为了说明beam单元的适用性，用 slenderness ratio 这一概念来衡量beam188(铁木梁)与欧拉梁的适用性，这个翻译成中文，也叫做长细比。它用来衡量梁截面上剪切作用是否明显，以确定梁的选择适用性。
    不过我从楼主的表达中，感觉说的不是这个概念吧。顺便说一下，ansys 中有说明，推荐的 slenderness ratio 一般大于30，使用beam188/189模拟细长结构件才比较合适。

    3 好了除了上面两个概念，我隐约感觉到楼主想表达的是不是 Aspect Ratio ？ 长宽比，或者说 纵横比？
    好了，不管是不是，我就说一说Aspect Ratio 方面的东西吧，供楼主参考吧，如果哪里说的不对，还请他人尽快指正。
    在不同的软件环境下，Aspect Ratio (AR) 的评判方法是不同的，但核心都是一样的，就是 等边三角形 和 正方形 是最好的网格。此时的 AR = 1。
    我们就说说 ansys下的规定，ansys 中 是以夹角(triangle)和对边中点距离(quad)来计算AR的，具体的细节楼主自己查下help吧。
    一般来说，AR 并不是网格评定中最重要的参数，它对于结果的影响比较小，ansys中给出了一些参考意见，ansys在进行网格检查时，AR > 20 会发出警告，而大于1000000，则会发生错误，无法计算。也就是说，ansys对于AR的容许值还是比较宽泛的。
    然而，作为使用者，这种所谓的宽泛程度，很多时候需要由我们来判断和确定。hm 中 对 AR 的建议值是 5。一般来说，为了避免不可预期的精度问题，我们还是尽量将 AR 控制在较小的数值内较为稳妥。不过对于一些特殊情况，AR 则不得不比较大，比如一层实体上包覆这一层隔热材料，而隔热材料很薄，如果做共节点，那这层隔热材料的AR很可能就会比较大，一般来说这也不会有什么问题；再比如，做流固耦合交界层的网格划分时，也会出现AR很大的情况等等。
     一般来说，AR在网格质量对结果的影响上并不明显，所以使用者可以放松一点，我个人的建议是，在结构计算中，不超过 20 为宜。当然，对于结构应力场的分析中，网格的疏密直接决定应力场的表达，所以在高应力的高梯度加密，在平滑的低梯度区域可以加粗，没什么问题。
     很多时候，单纯得评价AR，意义不大。结果的精度很多时候与单元类型，单元模式以及单元的整体质量相关性更大。
     
     如果硬评价 AR 有什么影响，我之前做过一点比较，恰好就是柱体的，给楼主些具象化的参考吧。
     大致情况如下：
     一根 10*10*200mm的方钢，一端固定，另一端受切向900N的力，这样一个悬臂梁结构。

     挠度的理论解为：f*L^3/(3EI) = 14.4001 mm
     用铁木梁有限元法得到的结果为：14.428 mm， ！由于考虑剪切，挠度自然略大一点，正常。

     用实体单元模拟，由于这里我们仅仅讨论 AR 的影响，那多余的部分我就不说了(主要是不同单元模式和位移模式带来的剪切锁定问题)。
     给出AR不同所带来的挠度影响。见图(这里我只展示了选择solid186 K2=0的情况，其他就不在此讨论了)。
     
      由图中可见，随着AR的减小，挠度趋于收敛。说明 AR 越小，实际上就是单元质量越高，对结果确实有一定的精度提高。但从另一方面来看，AR 所影响的结果变化区间是非常小的，在1%左右，这样的影响工程中是可以忽略的。因此可以说，选择较大的AR 也没有问题 (当然前提是选择的单元足够合适)，而且效率更高(这里我没有说应力的问题，其实图中所示的情况，由于都采用了solid186单元，应力都是得以保证的，如果你使用低阶单元，要非常慎重和注意了)。
     
     好了，说了这么多，大致总结一下吧：
     1、AR 对结果的影响较小，一般不需过于刻意地注意，推荐以不超过 20 为宜，即不产生warning，当然如果有特殊需求，也可以放宽限制；
     2、单纯地评价AR意义不大，主要还是以单元质量为准，而单元质量直接与应力应变相关，在隐式应力分析中，还是依据应力场的分布来选择对应区域内网格的疏密。
     3、一点个人的经验：在结构件受弯明显时，AR 小一些更稳妥，或者说单元质量需要更高，而且在受弯向的层数上要有一定的保障；而纯粹的拉压，对AR的要求要低许多。
     4、说白了，对线性小变形分析，网格质量的要求相对较低，AR的限制条件较为宽泛；对于大变形分析，对初始单元质量的要求更高，AR 要更慎重，要考虑变形后网格的质量。

     时间有限，思考欠周，上述文字可能说的不够缜密，如有纰漏，尽管指正。
     没有绝对，只有相对，一点愚见，仅供参考。
      

WXD9017

感觉楼主是上帝派来普度众生的。

K_K

empty4585 发表于 2014-10-23 17:44
A8：
    首先不知道你所认为的长细比究竟是什么，那么我先就个人经验和理解来说说长细比这个名词：

多谢楼主指点，后续还会有问题需帮助。

miduovivil

请问楼主对于热循环有什么看法，比如一个塑胶零件初始从常温23度加热到140度时间30分钟，再用30分钟冷却到-40度，再用30分钟加热到常温23度，想看零件的热应力分布。

K_K

请教一个老生常谈的应力集中问题处理方法，在钢结构应力集中区域，一般随着网格的加密应力集中地应力值也随着增大，这样的话，如何评价这个区域的应力值，取哪个值为好。

empty4585

miduovivil 发表于 2014-10-30 09:44
请问楼主对于热循环有什么看法，比如一个塑胶零件初始从常温23度加热到140度时间30分钟，再用30分钟冷却到- ...

A9：
      你的问题不够具体，时间紧迫，我就简单说几句吧：
      1、如果你所谓的热循环只是这样一个周期的，那么可以做时间历程的瞬态热分析，得到温度场分布后，再考虑结构热应力分析，这是对应的。
      2、其中会有几个点，需要注意一下：
            2.1、塑胶的热性能还是比较敏感的，加上你分析的温度范围又比较大，所以你需要一个随温度变化的热特性的本构。
            2.2、不知道你的温度是怎么加载的，比如加热是以何种方式加热，冷却又是以何种方式冷却，如果考虑细致的话，需要构建对应的外流场。或者
                    用对流系数之类的代替界面换热。
            2.3、对结构本身的力学性能，如果真实中影响足够大，也应考虑的，这时候你可能也需要用瞬态结构来对应瞬态热，整个计算还是比较耗时的。
       大致先说这些，时间关系，不再多说了。
       建议你如果有具体问题再提问，这样泛泛地问，我没多余时间详细思考，可能会不周全，所答非所问，也可能出现纰漏，给你带来较大的误导。

empty4585

K_K 发表于 2014-11-10 16:51
请教一个老生常谈的应力集中问题处理方法，在钢结构应力集中区域，一般随着网格的加密应力集中地应力值也随 ...

A10：
        同样，你问的也有些宽泛。不如你用具体的例子来问，这样生动形象。时间关系，我就简单说一说吧：
       1、 应力集中是设计中的正常现象，它主要是由结构特征突变、材料分布不均等造成的，属于工程中的一种物理现象。长久以来，设计师在不断地更新设计理念和工艺处理来消除或减小应力集中。
       这里必须说一点的是，与应力集中相对应的是另一种现象：应力奇异。应力奇异属于有限元算法的一个瑕疵，是由这种数值算法造成的。在尖角处、单点载荷处等等一些节点内荷载容易堆积并比较大的位置，会出现这种现象。
       这里需要明白的是，应力奇异是非真实的，它只是有限元算法造成的。

       2、针对你所说的钢结构应力集中问题。
       首先你要先区分出，你所认为的高应力区域是应力集中还是应力奇异。
       两者有个最大的区别，随着网格的加密，应力集中的应力峰值会趋于收敛，而应力奇异是发散的，难以收敛。
       具体区别可以见下面的图。
       好了，假如你确认是应力奇异，一般情况下，如果此部位是你非常关心的区域或者说是你非常担心又拿不准的区域，就需要补充这个区域的特征。你想一想，真实的结构中，是不是很少有不是圆角过渡的地方，是不是很少有棱角？ 只是你的有限元模型为了便于计算，而忽略了这些特征。
       补充好过渡特征以后，你可以重新评估。
       如果这里不是什么关键部位，或者你有足够的使用经验，知道它不会在这里出毛病，那么可以祛除这部分应力，也就是不评估它了，把它挖掉。
       或者用结构应力分类的方法，排除峰值应力，当然这仅适用于稳态极限工况，对于疲劳、冲击等一些情况，要十分慎重这样做。

       3、钢结构狭义来说就是GB50017中所指的那些构件，但现在很多东西也有人归到钢结构中。与GBB50017对应的，比如较为大型的钢结构，都是以杆梁或梁壳来建模的，这样会很大程度上避免局部应力的失真表达(因为它就不表达细致的局部应力)。记得前些天论坛里有个帖子，它做的桁架结构，全部是用壳单元来完成的，我不建议这样做，有很多不便和弊端。

        大概说这些吧，有说的不对的地方，尽请指正。
       哦，对了，还有图
       图里可以看到，没有倒角特征的，会出现应力奇异现象，网格不收敛。而增加倒角特征后，网格会逐渐收敛。
       这与理论计算时一致的，而倒角半径越大，应力集中系数会越小的。
       这里需要提示的是，我这个例子做的不够细致，时间关系，我没空细调了，主要是关键位置的网格调整以及评估应力的修正。

K_K

empty4585 发表于 2014-11-11 15:32
A10：
        同样，你问的也有些宽泛。不如你用具体的例子来问，这样生动形象。时间关系，我就简单说一 ...

感谢楼主细心解答，由于单位无法传图，借楼主宝图一用，此图如表示两块钢板的直接连接，焊接，如果不画出焊缝很容易在直角处出现应力集中或应力奇异，如果结构简单，是不是有必要将焊缝模型画出来，我做的这个结构即是如此，没有焊缝直角尖角应力在300-350MPa，加了角焊缝后下降到180MPa，当然趋势肯定还是此处应力大于周边，但是很明显对于静强度计算，有了焊缝的应力应该降到了可接受的范围。
所以我想如果结构简单，而且又是新的结构，建立焊缝模型，结构复杂就需要看结果视情况而定了。
当然许多评价焊缝区域应力没这么简单，不知楼主有何见解。

wangqippwq

楼主您好，我大清早的跑来网吧，找了好半天求助帖，看到楼主回答的这么细心，瞬间感觉温暖，还有一个月论文审核，用WB做钢板卷取仿真，由于钢板卷取属于非线性问题，是不是应该用显示动力学进行分析？如果用显示动力学，上下卷筒的边界条件应该怎样设置。。。

WXD9017

请教关于网格类型问题。
我用ansys12.1workbench进行静力分析，网格划分时采用默认的二阶单元，通过finite element modeler查看网格类型，得到下图
想请教：1.怎么网格类型不是有些书上讲的类似solid187这样的表示方式？
2.由于英语较差，能否请老师简要介绍一下这个表反映的主要问题？这样的网格能接受吗？

aymiss

楼主你好，看了你给别人回复的贴子真的很受用。最近工作中也遇到了一些难题，希望楼主能抽空给我解答一下。问题1：
工程问题描述：此项目的有限元分析结果和实验平台所测数具有出入。实验台测试目的：给系统足够大的能量，在最短的时间内激发出整个设计中存在的薄弱点。实验输入参数：频率：10-2000HZ。温度：零上60度一个小时，零下40度一个小时。实验结果：零上60度一个小时完好，零下40度20分钟管路断裂。断裂位置如下：（图中加亮部分为压缩机，其它管路为铜管。其中圈内细小管路根部为实验断裂部位）
对此现状，我对上述问题做了以下处理：首先对其进行模态分析（开应力应变）计算其300阶的模态，再对其进行随机振动分析（加速度谱的设定如图2），计算结果如图3，其应力最大的位置和实验结果有出入，不清楚是什么原因

问题2：针对随机振动分析（Random Vibration）里面有一个环境温度的设定，我对此进行设定后发现对结果无任何影响，请问这个环境温度是不是没有设定的意义还是说有其它的用途只是我没有领悟到真正的意义呢？

问题3：我在模态中开了应力和应变后计算出的应力值都明显偏大，和实际不符，为什么共享模态做的随机振动分析中计算出的应力又是真实的呢？随机振动的应力是不是各模态应力叠加的结果 呢？

aymiss

刚才忘记附图了。楼主有时间请尽快帮我解答一下哦:D

紫电青霜

借楼主宝地求教个问题，我在做含有钢丝绳减振器的机箱的随机振动分析的时候，将钢丝绳简化成实体根据加工尺寸建立减振器模型，因为钢丝绳减振器一个方向的力和位移曲线已经知道，利用优化的方法算得了减振器材料的等效弹性模量，但是随机振动的分析结果表明，受力方向的加速度响应比较准确，但是另外两个方向却误差比较大，试问这样的等效计算有问题吗？

hgq2013

学习了，对于楼主我表示感激不忘

xiaoyu163168

empty4585 发表于 2014-9-30 15:02
A4:

       首先根据问题中所示的结构特征(宽厚比)，我会先选择用shell单元来模拟集装箱母体，考虑提问 ...

楼主，我觉得两个结构在螺栓加了预紧力后，存在摩擦力吧，这个力不能忽略了吧

xiaoyu163168

楼主的这个帖子还是比较实在

lpr0316

第二次 被楼主戳中泪点 可惜了 我研究生的方向 跟楼主从事的差太多 否则的话 :$:$