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有限元分析丨几何模型检查

2月前浏览2152
复杂结构有限元分析,大概80%时间都在进行前处理工作。
提到几何模型前处理,主要聚焦于几何模型简化。
周炬老师在《ANSYS Workbench有限元分析实例详解(静力学)》1.1小节几何模型简化的建议:
在建立有限元模型时,尽量采用尽可能简单的模型,无需保留实物模型的所有细节特征常用作法是:去掉非关键位置的小孔和槽,用圆孔代替螺纹孔,用直角代替圆角及倒角。
“CAE工程师必须根据理论和经验判断模型几何细节的相关性,进而确定模型的简化方式。但是,有时一些模型几何细节开始时显得不重要,简化分析后在这些细节处应力较大,则可以在有限元模型中恢复几何细节或采用子模型分析。”
那么,几何模型前处理工作真的只是删孔、删槽、删倒角、去除细节这些事儿
CAE工程师和结构设计人员对接,了解结构设计基本思路,技术要求,技术指标,结构潜在风险区域。(沟通!)
结构设计人员建模习惯、建模水平不同,几何模型差异较大。
以镜筒结构为例:建模时有的人会预留胶层缝隙,有的不留;
外购结构件尺寸尚未确定时,结构设计人员直接画个没有装配关系的几何体放那儿;
大量的自由体、自由面、不合理的装配关系引起的干涉等,令人头疼。
个人感觉,要求结构设计人员提供“完美的”几何模型是不现实的这就对CAE工程师带来了一些挑战。(耐心和细心的考验
根据项目经验,简单介绍一下,我是如何进行几何模型前处理的。不谈几何模型简化,只谈几何模型检查方法。(纯干货文字分享,连个图片都没有
几何模型检查前,已经进行了初步几何模型简化,比如删特征细节、检查干涉。
几何模型处理个大概后,进入几何模型检查!
方法1:自由模态检查
1.进行自由模态计算,即移去所有的边界条件;
2.计算固有频率,有且仅有前6阶模态(刚体模态)为0
3.可以发现结构中不合理装配接触和反作用力;
4.可以发现阻碍静态求解的机构
补充:模态计算在模型检查中至关重要,这部分先留个坑。
思考:根据实际约束条件,计算前几阶固有频率为0,该如何处理呢
方法2:静力学检查1-刚体误差
  1. 几何模型任意一节点约束6个自由度
  2. 对约束节点6个自由度分别施加6个单位运动工况
  3. 计算后,结构应是无应力分布的
  4. 如果应力分布不为0,可以发现结构中不合理装配接触、“隐藏的”作用力。
方法3:静力学检查2-重力法检查
  1. 沿着每个坐标轴方向施加1g载荷工况
  2. 根据常识判断计算是否合理,比如某个件“飞出去了”、“穿过去了”
  3. 检查结构是否存在预判的对称性
  4. 检查合力是否等于反作用力;
  5. 检查错误提醒和警告信息。
方法4:均匀温度变化检查
  1. 暂时设置所有材料的热膨胀系数相同;  
  2. 定义约束边界,比如约束某一节点的6个自由度;
  3. 施加一个大的温度载荷;
  4. 结构应是无应力分布的;
  5. 根据计算结果确定阻碍thermal growth(不知道咋翻译)的刚性连接或约束。
    PS:这方法我没有用过。  
     

小结

几何模型前处理工作,是一项看不见的又极其耗时的工作,真正考验的是细心和耐心,甚至还需要一点点的强迫症,才能弄出一个“差不多的”可以用于计算的模型。几何模型前处理是一项不断迭代的工作,几何模型“处理个差不多就行”,“差不多”和“就行”其实是需要很多耐心的。


正文结束,聊几句闲话。
读书笔记停更,并已经删除,只是为了这个号的内容规整一点;
未来只做三方面内容:结构有限元、计算流体力学、热控设计。
被螺栓有限元分析卡住了,没有时间和心力写内容做计算,立个flag:十一前更完。
来源:认真的假装VS假装的认真
Workbench静力学理论材料螺栓ANSYS装配
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2024-09-04
最近编辑:2月前
Shmily89
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有限元分析中的最恶劣工况

在结构系统进行有限元分析时,出现一种处理方法:将技术要求的中的几种最恶劣条件参数进行组合,形成一个“人造的”最恶劣条件。如果结构系统刚度和强度,其他技术指标,满足这个最恶劣条件,我们就不需要对其他技术要求条件进行分析。并且认为,这是“最省时省力”的方法!你认同“人造的”最恶劣工况处理方法吗?我,不认同!技术要求的输入条件是独立事件技术要求A:A1,A2,A3技术要求B:B1,B2,B3技术要求C:C1,C2,C3恶劣程度是逐层递减的。所有最恶劣工况同时出现概率极低最恶劣工况≠A1+B1+C1静力学分析最严苛,热分析载荷也最严苛,这两个并不会同时出现的。分析“人造”出来的,不存在的恶劣工况是没有意义的实际工作过程不存在,也没有试验条件做这样的技术支持,分析将是费力不讨好的。举个例子:某航天器在力学最恶劣工况是在发射阶段,10000G的高过载冲击,技术指标提供冲击相应谱。航天器热分析最恶劣工况是在近地空间工作阶段,外部热流复杂+内部热流也复杂于是,“人造”一个最恶劣工况:10000G冲击+外部热流场?发射阶段和近地空间工作条件,是不能同时存在的。任何分析,第一步需要明确的是目标。为了解释现象、解决问题,有一套方法,为了让方案报告“好看”,这是另外一套方法,两者混到一起,肯定是会大乱套的!设计方案阶段,对于复杂的结构系统,技术要求:静力学、冲击响应谱、随机振动、高低温冲击,都来一遍,已经是够喝一壶的了,如果还要再来个参数组合,我真的是会奔溃!明确输出,需要和结构设计进行对接,这项工作特别重要。这里我是需要自我检讨的,沟通一直是我的弱项。前段时间居家办公时,同事发我一份仿真说明,不禁感慨,嚯!不愧是高手!一个仿真说明竟然写的这么好!技术要求只有两句话,这家伙,写了一页纸给我进行说明。作为反馈,我出了大概20页的分析报告。图:就是不想让你看清有限元分析工作本就是一项迭代性的工作,不要“人造”一些恶劣,弄一下不存在的挑战了。其实大可不必!上篇文章,邀请大家投票,结果出来了。感谢大家支持,甚至还收到私信,建议继续写结构有限元分析...然而,但是,我自己选的是计算流体力学...螺栓分析那篇,已经在写,不会鸽的!本文思路来源:《笑谈热设计》来源:认真的假装VS假装的认真

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