相对于简化单元,实体单元更直观,能计算局部应力集中,但是也对计算资源消耗更大,所以对三维模型分析的重点就是对模型及边界条件的简化。
使用对称简化前需要满足3个条件:
模型对称;
材料对称;
边界(含接触、约束、载荷等)条件对称。
对称问题包括轴对称和面对称,轴对称已经在平面单元中详细介绍过来,以下主要介绍面对称。
实例1:1/4对称模型分析:如下图桌子放一立方体重物,材料均为结构钢,固定桌腿下端面,求桌子的变形与最大应力。
Step1 模型处理。
此模型不应将重物简化为均布力,因为桌面变形后,实际上重物与桌面接触的四个角压力较大,而中心压力较小甚至无压力。
但是此模型满足对称的三个条件,可以采用1/4对称模型分析。进入DM中,选择Create——Slice(切割),分别使用ZX与YZ面切割模型,然后压缩不需要的模型。
Step2 分析前设置。
(1)对称设置,本例模型是关于全局坐标的对称模型,所以不需要新建局部坐标系。
选**征树Model,选择工具栏Symmetry,在特征树中出现Symmetry项,右击——Insert——Symmetry Region(对称区域),属性中Geometry选择模型的对称面,Symmetry Normal(对称法向)选择全局坐标系的Y向。
同理设置X方向的对称。
(2)接触设置,将重物与桌面之间的接触修改为无摩擦。
(3)网格划分,本例将桌子的网格划分方法设置为Mltizon,将两个几何体的网格尺寸设置为10mm,读者可按自己的喜好设置。
(4)边界条件,上文已经对1/4模型的剖切面做了对称条件设置,此处只需设置桌腿底面的固定以及重力加速度。
总位移与等效应力云图如下,在桌子的边角处出现了应力奇异现象,所以不能以最大应力读数为判据,本例不讨论此问题。
扩展显示方法:回到WB主界面,选择Tools——Options——Appearance,勾选Beta Options选项。
进入Mechanical,选择特征树中Symmetry,设置属性Graphical Expansion1(扩充显示1):Num Repeat(重复数量)都设置为4,Type都设置为极坐标Polar,Method设置为Half(一半),△R与△Z均设置为0(默认),△θ设置90°,Coordinate System均选择默认的全局坐标系。
扩展后显示如下。
注意Symmetry属性中,Method可选Full(完整)与Half(一半),Full表示对称后不镜像模型,Half表示对称后镜像模型,读者试试就知道,此处不再赘述。
在建模时,我们通常不会考虑模型的过盈量,而是创建为接触间隙为0的模型,那么是否可以通过设置接触偏移来简化过盈,而不是修改模型呢,以下通过实例来探讨此问题。
实例2:如下图,内圈外径和外圈内径100mm,装配过盈量为0.1mm,均为合金钢,分别采用过盈模型与非过盈模型进行分析,求变形与应力。
方法1,采用过盈模型计算。
Step1 模型创建。
在WB主页面创建静力学算例,重命名为“过盈模型”。
在过盈模型算例中使用DM创建内外环,内环内径80,外径100.1,拉伸设置为30。
在XY面绘制360/10=36℃的切割区域,拉伸选择Slice Material,之后压缩其余部分实体。
Step2 计算前设置。
进入Mechanical,设置接触、对称、网格、边界条件等。
(1)设置对称,循环周期对称是基于圆柱坐标的,所以此时应先建立圆柱坐标。
右击Coordinate Systems——Insert——Coordinate System,取名为“柱坐标”,在属性中设置Type为Cylindrical,Axis轴选择为全局坐标系的Z轴,其余默认设置。
右击特征树Symmetry——Insert——Cyclic Region(循环区域),属性中Geometry选择模型的对称面,Low Boundary(低边界)和High Boundary(高边界)分别选择模型的径向切割面,坐标选择“柱坐标”。
接触设置,零件直接的接触已经自动添加为Bonded,只需改为摩擦Frictionnal,摩擦系数设置为0.2,检查Offset是否为0。
(3)网格划分,实际上模型上的过盈不等于实际网格划分后有限元模型的过盈量,这是因为经过网格离散化以后,曲面被分割为了若干平面或类似平面。
所以接触处的网格应该足够小,特别是有曲率的地方。右击特征树Mesh——Sizing,为一对弧边划分30等分,同样操作为一对直边划分10等分。划分后弧形的网格密度足够且可使上下弧面的网格节点一 一对应,减小计算器出错几率。
(4)边界条件加载,对内环的内表面施加Cylindrical Support约束,径向Radial设置为Free使其可以在径向扩张或收缩,轴向和切向使用默认的Fixed固定。
Step3 计算与后处理。
计算后循环周期对称将自动扩展显示。总变形与等效应力云图如下。
方法2,采用非过盈模型计算。
Step1 模型创建。
点击“过盈模型”的下三角符号——Duplicate,**出一个算例,取名为“非过盈模型”,右击进入DM,内圈草图的外径改为100,重新生成即可。
Step2 计算前设置。
进入Mechanical,对称、网格、边界条件等都沿用之前的设置,只修改接触。
接触中Interface Treatment修改为Add Offset, Ramped Effects(增加偏移,斜坡加载),偏移量正值表示减小间隙或增加过盈,负值表示增加间隙或减少过盈。此例内外圈接触面单边过盈设置为0.1/2=0.05mm。注意Interface Treatment如果使用默认的No Ramped 则表示一开始就加载最大偏移量,有可能会造成计算结果难于收敛。
Step3 计算与后处理。
总变形与等效应力云图如下。可见计算结果与方法1相近,差异是因为方法1中网格离散化后过盈量出现少许偏差。
相比较于方法1,更推荐方法2,因为方法1很容易造成结果不收敛,而且方法2不需要去修改从CAD导入的模型。
此案例也推荐使用二维轴对称分析。
在装配体中,有一些零构件的变形与应力不是我们所关心的,只需要利用它们的质量或者边界条件传递功能,此时便可将其简化为刚体或者质量点,从而大大减小计算量。
相关实例请详见《Ansys Workbench之Mechanical应用(上)——分析前设置》一文。
在实际工程中,基本上不存在作用在点上的载荷或约束,点载荷/约束只是在有限元软件中的简化应用,读者需要核对实际工况,评估其是否可以简化为点载荷/约束后使用。
在WB中,有多种方法可以施加点载荷,如果实体模型上没有尖点,便需要我们创建这个点,以下介绍几种常用方法:
a,Load Point硬点载荷;
b,单元节点载荷;
C,远程点载荷;
硬点载荷是最简单的方法,只需要在DM中给模型创建一个Load Point硬点,便可在Mechanical中为此点添加载荷会约束。如以下模型,需在上平面中心点加载载荷。
进入DM,选择create——Point,Type选择Point Load,Definition选择Single(单个),Base Faces选择上表面,Guide Edges选择上平面长边线,Sigma便是在选取线的何处,此处设置所选长边长的1/2,Edge Offset表示沿垂直方向偏移多少,设置为短边长的1/2,Face Offset表示沿面的法向偏移多少,设置为0表示在面上。
在Mechanical中,点击工具栏中Show Vertices或Close Vertices便可显示硬点。在工具栏选择点过滤器,便可选中硬点。
在点上加载力如下图。
单元节点载荷使用方法如下:
先划分网格,需要使网格为6面体且尽量规整,本例需要选择上平面中点,所以对上平面两边施加Size控制,长边划分12份,短边划分10份,Behacior均设置为强制Hard。注意必须都为双数才能在正中心生成一个网格节点。
选择网格节点过滤器,选中上平面中心的节点,右击——Create Named Selection (N)创建选择集。
右击特征树Static Structural——Insert——Nodal Force。
这个方法不是总有效,因为在复杂的实体中,网格划分后往往是不规则的网格居多,网格节点分步也不规则。
远程点应用主要为Remote Force、Remote Displacement、Point Mass等。以Remote Force为例,右击特征树中Static Structural——Insert——Remote Force,在Geometry中选择上平面,远程点自动定义到面中心,注意还需要设置弹球半径Pinball Region,如果不设置,默认为All,表示作用在整个面上。此处将弹球半径设置为5mm,表示作用在上平面的弹球包裹范围内。Behavior设置为默认的Deformable表示所选平面允许变形(非刚性)。
可见使用远程点不能将边界条件加载在绝对一点上,而是加载在一定范围。
当然,还有其他办法,比如在DM中将模型分割为4份,在上平面中心会有边界点,此处不再详解。
WB能自动划分网格,对于结构力学,网格并不需要像流体网格那样规整,所以WB自动划分的网格也是够用的。
如果读者要追求更规则的网格,就需要切分区域划分,或者使用其他软件划分,此处不展开说明,感兴趣的道友可以搜索Hypermesh等。
实体单元是工程应用中最常见的单元类型,相较于梁壳等单元对模型处理更简单,但是却需要耗费更多的计算资源,而且需要读者判断应力奇异,对计算结果的准确性需要认真判定。
PHP网站源码泰安网站整站优化肇庆外贸网站关键词优化工具网站推广与优化热线佛山网站首页关键词优化技巧桥头家具网站制作优化b2b网站优化计划书网站关键词优化机构怎么选什么样的网站标题是优化前的莱州网站优化价格邯郸网站快照优化多少钱长沙湖南网站优化推广潘店seo网站优化网站排名优化学习湖里网站首页优化公司蜘蛛屯优化排名推广网站郑州官网seo网站优化网站推广优化+sit崇州专业网站推广优化网站排名优化对企业的好处滨海淄博网站优化东湖企业网站优化山东让您放心省心企业网站优化常熟网站优化电话杭州网站优化排名网站搜索优化侔疵丿云速捷宁河网站seo优化承德网站关键词优化价格五金网站优化多少钱优化网站排名要多长时间如何优化推广网站广告歼20紧急升空逼退外机英媒称团队夜以继日筹划王妃复出草木蔓发 春山在望成都发生巨响 当地回应60岁老人炒菠菜未焯水致肾病恶化男子涉嫌走私被判11年却一天牢没坐劳斯莱斯右转逼停直行车网传落水者说“没让你救”系谣言广东通报13岁男孩性侵女童不予立案贵州小伙回应在美国卖三蹦子火了淀粉肠小王子日销售额涨超10倍有个姐真把千机伞做出来了近3万元金手镯仅含足金十克呼北高速交通事故已致14人死亡杨洋拄拐现身医院国产伟哥去年销售近13亿男子给前妻转账 现任妻子起诉要回新基金只募集到26元还是员工自购男孩疑遭霸凌 家长讨说法被踢出群充个话费竟沦为间接洗钱工具新的一天从800个哈欠开始单亲妈妈陷入热恋 14岁儿子报警#春分立蛋大挑战#中国投资客涌入日本东京买房两大学生合买彩票中奖一人不认账新加坡主帅:唯一目标击败中国队月嫂回应掌掴婴儿是在赶虫子19岁小伙救下5人后溺亡 多方发声清明节放假3天调休1天张家界的山上“长”满了韩国人?开封王婆为何火了主播靠辱骂母亲走红被批捕封号代拍被何赛飞拿着魔杖追着打阿根廷将发行1万与2万面值的纸币库克现身上海为江西彩礼“减负”的“试婚人”因自嘲式简历走红的教授更新简介殡仪馆花卉高于市场价3倍还重复用网友称在豆瓣酱里吃出老鼠头315晚会后胖东来又人满为患了网友建议重庆地铁不准乘客携带菜筐特朗普谈“凯特王妃P图照”罗斯否认插足凯特王妃婚姻青海通报栏杆断裂小学生跌落住进ICU恒大被罚41.75亿到底怎么缴湖南一县政协主席疑涉刑案被控制茶百道就改标签日期致歉王树国3次鞠躬告别西交大师生张立群任西安交通大学校长杨倩无缘巴黎奥运