有限元仿真中的常见问题及其解决策略

下面的 10 个问题,你应该能对任何给定的有限元仿真做出回答。当其他人做汇报时,这也是一个很好的检查表,以确保你的所有问题都被回答了。如果你没有,或者不能回答这些问题,你应该回头再读一遍,弄明白为什么你无法回答。

1. 你打算解决的是什么问题?

− 问题的陈述

− 目标

− 限制条件

− 设计变量(也就是,要改变什么)

2. 你用的是什么几何?

− 你相信该几何的准确性吗?

− 该几何在改动中吗?

− 你可以改动几何吗?

3. 你用的是什么求解类型?

− 和你的问题一致吗?

4. 你的材料本构是什么?

5. 你选择的单元是什么?

6. 你的约束是什么?

− 你怎么约束模型?

− 是否过约束了,还是约束不足?

7. 你的载荷是什么?

8. 你怎么组合载荷和约束?

9. 结果是什么?

− 对问题而言,哪些结果是重要的?

− 成功的标准是什么?

− 结果正确吗?

− 你怎么知道?

10. 你的建议是什么?

 

例:线性有限元分析输入文件

当有限元建模阶段完成,换句话说,就是 CAD 几何划分网格之后(也就是用有限单元近似),材料和属性信息和单元关联起来,定义好载荷和约束,有限元模型就从前处理软件中被导出为特定求解器的格式(ASCII 格式)。

 

下面是一个 OptiStruct / RADIOSS 求解器输入文件(ASCII 格式)。

有限元分析

有限元分析

 $$ Optistruct Input Deck Generated by HyperMesh Version : XXXX

$$ Generated using HyperMesh-Optistruct Template Version : XXXX

$$

$$ Case Control Cards $ (Definition of the so-called load step / subacase)

$$——————————————————————————$

$$

SUBCASE 1

SPC = 1

LOAD = 2

BEGIN BULK

$$

$$ GRID Data

$$

GRID 1 0.0 0.0 0.0

42

GRID 2 0.0 1.0 0.0

GRID 3 1.0 1.0 0.0

GRID 4 1.0 0.0 0.0

GRID 5 1.0 0.0 3.25

GRID 6 0.0 0.0 3.25

GRID 7 0.0 1.0 3.25

GRID 8 1.0 1.0 3.25

GRID 9 1.0 0.0 3.0

GRID 10 0.0 0.0 3.0

GRID 11 0.0 1.0 3.0

GRID 12 1.0 1.0 3.0

$$

$$

CBEAM 8 1 10 11.0 0.0 0.0

CBEAM 9 1 11 21.0 0.0 0.0

CBEAM 10 1 9 41.0 0.0 0.0

CBEAM 11 1 12 31.0 0.0 0.0

$$

$$

CQUAD4 2 2 4 3 2 1

$$

$$

CHEXA 1 3 5 6 7 8 9 10

+ 11 12

$$

$$

PSHELL 2 10.25 11.0 10.8333330.0

$$

$$

PSOLID 3 1

$$

$$

PBEAM 1 10.063 0.00033 0.00033 0.0 0.0

$$

$$

MAT1 13.0+7 0.3

$$

$$

SPC 1 4 1234560.0

SPC 1 3 1234560.0

SPC 1 2 1234560.0

SPC 1 1 1234560.0

$$

$$

FORCE 2 9 01.0 -20.0 0.0 0.0

FORCE 2 8 01.0 -20.0 0.0 0.0

FORCE 2 5 01.0 -20.0 0.0 0.0

FORCE 2 12 01.0 -20.0 0.0 0.0

ENDDAT

 

例:线性有限元分析结果

有限元分析

有限元分析

位移(米)

 

有限元分析

有限元分析

板壳单元和实体单元的应力

 

结果的精度

任何一个有限元分析的目标,都是得到能够帮助你解决某个问题的结果。为了确定分析是否成功,你必须对结果的精度有些感觉。问题是有限元分析中有很多方面会引入误差。下面列出了一部分:

1. 求解类型不符合模拟的环境

2. 材料本构或属性

3. 容差

4. 几何细节是否体现

5. 单元

a. 形状——质量(Jacobian 值)

b. 尺寸——是否符合几何的细节

c. 类型——是否符合变形后的形状,应力输出

6. 载荷和约束

7. 结果

a. 你想要的区域没有输出

b. 如何解读

c. 平均/光顺

因为很多方面会引入误差,有时和类似的方法得到的结果进行比较来改进设计,会是一个较好的方法。至少这样结果是一致的。结果一致性是关键,因为有了一致性,你才可以做预测。

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