MeshFree|节点细部分析
MeshFree引入结构化网格处理技术,通过隐式边界法(IBM),跨越了传统有限元网格划分的局限性,与传统有限元程序的主要区别在于它可以不用模型简化及网格划分便可直接进行分析。
当面对较为复杂的几何模型分析MeshFree 不仅保留了模型细节,且整个分析过程只需要简单的模型导入、输入荷载和边界、结果查看,三步骤即可获取分析结果 。 现以某工程项目中的建筑钢结构节点分析为例,采用midas MeshFree 对其进行详细分析,旨在获取节点的最大位移分量和相关应力指标 如mesis应力等以供工程师快速设计及方案比选。1.模型建立及网格
MeshFree分析并非不进行模型网格划分,而是采用结构化网格对分析模型进行离散处理(程序自动)图2 图1图2分析对象为刚铸铁材料,采用理想弹塑性模型模拟,具体模型参数见表1对应的程序材料定义见图3 。采用焊接接触无滑移模拟Y形节点底面与基座上顶面的接触
分别对建立的参考点施加沿着整体坐标系数值向下 Z 轴 的点集中力荷载 5000kN
4.分析控制
分析节点采用非线性静力分析类型,同时在分析过程中考虑几何非线性问题
采用荷载与能量作为收敛标准,并输出每一步增量分析下的结果根据需要选择输出结果类型,本次主要输出位移与应力结果
MISES应力
Y向位移(C3D4、C3D4H)
从上述分析结果可知,MeshFree与Abaqus非线性分析结果在不同方向下的位移投影最大值误差控制在10%以内,对应的位移分布云图也比较吻合,验证了建立模型的可靠性。
其中MeshFree与Abaqus采用C3D4H单元下的分析结果更加接近。 MeshFree与Abaqus下的分析结果在云图分布形式比较吻合。从最大Mesis应力对比看,MeshFree 的分析结果比Abaqus采用C3D4单元下的分析结果大6.1%而与 Abaqus采用C3D4H单元下的分析结果完全吻合。 本次基于MeshFree简要梳理了钢铸铁节点的非线性分析要点,主要涉及到模型的导入及结构网格划分、材料特性定义、模型边界及加载控制、求解器设置等。同时,将MeshFree的分析结果与Abaqus的分析结果进行了初步比较,结果表明两者的分析结果在位移云图、应力云图上表现出较高的吻合度,且位移分量误差及最大 Mesis 应力误差均控制在10%以内,验证了模型的可靠性。 需要强调的是,对比分析中存在一些误差,这种误差是因Abaqus中单元类型的选择原因。 对于复杂结果模型,工程师无需进行传统的模型简化与网格划分便可完成一个项目分析。同时其精简的菜单设置降低了工程师的入手难度,只需要简单的模型导入、材料定义、边界及荷载施加、 运行分析几个步骤便可获取到丰富的后处理结果。使原本3-4天的工作量缩减到1天即可完成,体现了高效性。