02 材料误差(Mechanical)

专注于仿真分析和振动分析

00 导读

    本文通过一个小例子展示交接面材料不同引起的计算误差。

01 研究背景

在有限元分析中，影响分析精度的因素主要有，材料参数，网格划分，接触关系，边界条件(含运动关系)。其中边界条件是最重要的因素，其次是材料参数，对于传统行业，材料参数一般认知准确，对一些特殊的行业，可能材料显得比较复杂，再其次是接触关系，最后是网格划分。当两体是固定连接关系，但使用的材料刚性相差很大时，界面的应力确定是一个难点。

02 几何模型

   几何模型如下图所示。

03 材料模型

    使用线弹性材料模型，交接材料各参数如下。

    材料一

    材料二

04 网格划分

    网格划分有几种类型，如下所示。

05 边界条件

    固定约束根部，头部施加三个力和一个转矩。如下图所示。

06 接触设置

    绑定接触设置有三种类型。第一种，采用共节点代替绑定接触；第二种，绑定接触，但是接触面目标面网格对应较好；第三种，绑定接触，接触面目标面网格对应不好。

07 结果总结

    应力观察点位置如下所示。

    交接面两侧为两种材料时的应力。

    交接面两侧为材料一时的应力。

    1）引起应力突变的原因主要有几何突变，材料突变，载荷突变。当交接关系使用共节点时，界面上的应力和界面两侧的材料都有关系。

    2）当交接关系是绑定接触时，界面上的应力取决于接触对网格对应程度和单侧的材料属性。

    3）回归物理本质来判断，界面位置应该存在两种应力，或者说一个界面的两侧应力是不同的，此时使用共节点则无法提取界面的两侧应力。

    4）笔者的前文提到，绑定接触的接触对网格对应关系很影响接触面的应力，但好处在于可以提取界面的两侧应力。

    5）在提取界面的节点应力时，会显示最大值，最小值以及平均值。笔者认为，使用共节点时，材料刚度较小一侧的界面应力参考值为最小值，材料刚度较大一侧的界面应力参考值为最大值。使用绑定接触时，平均值即为所选节点的应力参考值。

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见笔者前一篇《01 网格误差(Mechanical)》