首页/文章/ 详情

漫谈：如何建立准确可靠的仿真模型（二）

CAE仿真空间

6天前浏览414

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：

•替代复杂连接件•定义等效刚度参数

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：

材料类型	适应场景	本构模型
各向同性	金属部件	线弹性/弹塑性
正交各向异性	复合材料层合板	2D Hashin失效准则
各向异性	3D编织复合材料	3D渐进损伤模型

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

来源：CAE仿真空间

ACT 复合材料非线性材料控制试验人工智能曲面螺栓装配

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：2025-03-20

一周掌握Hypermesh网格划分操作技能

¥119

还没有评论