本文摘要(由AI生成):
这段文字总结了板壳结构分析中应力分类的应用问题。通过对吊耳结构进行有限元分析,比较了不同网格划分和几何切分对结果的影响,发现在某些情况下,应力分类方法可能无法得出确切结论。进一步分析表明,这与结构的力学特性和路径选择有关。最后,探讨了教学相长的道理,认为学员的问题能够帮助老师进步,教育的本质是成就别人,让别人变得更好。
对于板壳结构分析,应力分类是常见的概念。在过程装备化工机械等行业,弹性有限元分析经常要结合应力分类方法。
应力分类方法很吸引人,以至于用的有些泛滥。对容器壳壁沿着壁厚做应力分类通常是合理。但一个完整的容器结构还包含一些附件,比如吊耳,支腿、鞍座等,对这些附件的弹性有限元分析,是否能坦然使用应力分类方法呢?这其实值得思考。
本文深入研究一个吊耳结构,通过对比几何切分和不切分,四面体网格划分和六面体网格划分来展示应力分类的表现。
本文使用的有限元分析软件为ANSYS Workbench 2022R1。
几何模型和应力分类路径如下图所示。
固定约束底板,吊耳孔施加垂直向上拉力。
四面体网格,如下。
应力分类结果:
继续细化吊耳根部的网格,结果汇总如下:网格越细,薄膜应力越大,薄膜应力+弯曲应力越大,没有稳定趋势。
对以上现象的两种可能解释:
1)应力奇异位置导致的;
2)四面体网格导致的;
凭借笔者的理论知识,应力奇异位置这种解释肯定是错误的。但为防止有些读者不信,笔者再做个案例对比。
薄膜应力、薄膜应力+弯曲应力,与网格尺寸基本无关。
再尝试使用六面体网格。六面体网格需要提前切分几何(必须共享拓扑)。
还是对比吊耳根部这两条路径。
吊耳厚度方向采用不同的网格层数,对比薄膜应力、薄膜应力+弯曲应力。
发现右边和左边差距极大。这是为什么呢?看下图就明白了:
综合以上现象可得,ANSYS应力分类在本案例下无法得到确切结论。那原因该怎么理解呢?
1)理论上来说,应力分类不是一个力学通用概念,是壳面承压场景下特有的概念,和壳体的应力分布规律有关。如果不符合壳面承压场景,应力分类方法不适合也很正常。
2)在本案例中,吊耳根部的路径对于吊耳是板厚方向,但对于底板来说不是板厚方向,这也是导致不适合的原因之一。
很多人都知道应力分类不能滥用,也知道在某些场景下应力分类会失灵。并且很多水平高的人还能列举出失灵的具体场景。本文就是场景之一。
本文的疑问来自本号的付费学员。我的很多学员来感谢我,说在我这学到了很多,其实我觉得这是应该的,因为你努力了。并且你付费了,如果你没有学到技术,我会感到愧疚和不安。
作为多年专业培训老师,深刻感悟到两个道理:
1)教学相长,学员能够启发老师,帮助老师进步;
2)教育的本质是成就别人,只为让别人变得更好;
这个问题的深入探讨还在继续,尤其在上文中,软件在右边用吊耳做的路径,在左边用底板做的路径,这是软件自动执行的。其实我们有办法让软件统一,但统一之后,又会出现新的陷阱。