书接上回,如何建立准确可靠的仿真模型(Good Modeling Practices) ,其中第二部分内容关于规范6~规范15。6.“清理几何模型”

CAD模型通常包含冗余特征:
1.移除非必要细节(如装配工艺孔、装饰性倒角)2.删除重复几何实体(重复面/线/体)3.预处理操作: •消除半径<3倍板厚的圆角•填充直径<2倍板厚的孔洞•简化复杂焊缝为等效连接•移除高度<局部厚度1/5的凸台 几何清理可节省20%建模时间,建议投入必要预处理。
7.“检查几何模型”
CAD导入后执行:
完整性验证:
•曲面连续性检查(曲率分析)•实体封闭性验证(体积计算) 单位系统核查:
•确认尺寸单位(mm/inch)•缩放模型匹配材料参数单位制 关键尺寸复核:
•测量孔距/壁厚等关键尺寸•利用镜像工具验证对称性 8.“选择合适单元类型”

单元选择准则:
杆单元:
•适用场景:桁架、作动筒、拉杆•仅承受轴向力/扭矩 梁单元:
•适用场景:框架结构、高细长比构件•考虑弯曲/剪切/翘曲效应 弹簧单元:
壳单元:
•宽厚比>20的薄壁结构•优先四边形网格,控制三角形数量<5% 实体单元:
•三维应力复杂区域•HEX8优于TET4,TET10需至少2层单元 特殊注意事项:
•壳单元与膜单元刚度差异•实体单元弯曲锁死问题(优先C3D8R)•禁止线性与二次单元混接 9.“合理划分网格”

网格划分要求:
分层离散策略:
•粗网格预分析定位关键区•梯度区加密(尺寸递减系数≤3)•非关注区粗化节省资源 质量指标:
•雅可比>0.6•翘曲角<5°•长宽比<10(壳)/<5(实体) 连接完整性:
•自由边检测(暴露未连接边界)•节点合并(容差=最小尺寸1%)•接触对尺寸比≤3 壳网格需要注意:
•四边形占比>90%•铺层方向一致性(复合材料)•厚度积分点≥3(非线性分析) 10.“定义正确边界条件”
10.1 结果行为的预判:
•运用工程判断/试验数据/历史分析预测模型响应•绘制载荷传递路径示意图10.2 真实性原则:
•确保约束与载荷反映真实工况•检查支撑件变形是否可忽略(刚度>100倍主体结构)10.3 刚体运动消除:
•静力分析必须完全约束刚体 位移•通过模态分析验证约束有效性(零频率模态数量=刚体自由度)10.4 圣维南原理应用:
•边界条件应远离关注区域(距离≥3倍特征尺寸)•集中载荷需扩散处理(施加于至少3个节点)10.5 非线性边界:
•方向/作用点变化的约束需启用非线性求解•接触状态改变时需定义接触对 11.“验证输入数据”
数据可靠性原则:
•输入误差将直接传递至结果(GIGO原则,garbage in garbage out)•不确定参数采用保守估计(取安全系数上限值)敏感性分析:
•对±10%波动的参数执行参数扫描•建立输入-输出响应面模型材料数据验证:
•弹性模量:ASTM E111标准测试•屈服强度:ASTM E8/E21标准测试•泊松比:DIC数字图像相关法验证 12.“正确定义接触”
接触使用准则:
•仅在必需区域定义接触(避免全局接触)•绑定接触计算耗时增加30%,可分离接触增加200%主从面选择:
•主面选择更硬/网格粗糙的表面•从面选择柔性/网格精细的表面摩擦定义:
•库伦摩擦模型需定义静/动摩擦系数•建议摩擦系数容差分析(μ±0.1)收敛控制:
•初始接触过盈量<单元尺寸的10%•启用自动稳定化(阻尼系数≤0.2) 13.“建立正确的材料行为模型(本构)”
材料类型选择矩阵:
度效应处理:
•热膨胀系数CTE需与温度曲线绑定•高温蠕变采用Norton-Bailey模型塑性建模要点:
•必须使用真实应力-应变曲线(非工程曲线)•等向强化模型适用于比例加载 14.“确认单位”
单位系统构建:
•推荐采用mm-MPa-s单位系: •长度:mm•力:N•应力:MPa (N/mm²)•密度:tonne/mm³ (1e-9 kg/mm³)单位验证方法:
•通过重力加载检查质量: •施加9.81e3 mm/s²重力加速度•反力总和=Σ(体积×密度×重力)常见错误预防:
•英制-公制转换错误(1 inch=25.4 mm)•弹性模量单位混淆(钢:210 GPa=210,000 MPa) 15.“是否建整个结构模型”
建模策略决策树:
IF 关注全局刚度/模态 → 全结构粗网格
ELIF 关注局部应力 → 子模型技术
ELSE → 混合网格(关注区细化+外围粗化)
螺栓建模准则:
•当需获取连接刚度时: •采用CBUSH/CBAR单元模拟•预紧力通过PRETENSION卡定义 •当需分析螺纹应力时: •实体建模+接触定义•至少3层六面体单元沿螺纹分布模型降阶技术:
•使用超单元(Superelement)缩减非关键区域•通过CMS组件模态综合法连接子结构