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技术文章

SOLIDWORKS Simulation_L型支架应力分析_Bruce MEI

网格划分的思想


 
从图中可知,通过逐步的细化,线条的误差越来越小,精度越来越高。
在现实问题中,网格很少是完全均匀的。仅仅因为局部应力集中,而在一个大模型中均匀地减少网格大小是非常不明智的。在网格均匀的区域或应力变化平缓的区域创建大量单元,将会导致计算量的增加,而最终结果可能没有太大区别。
可采用的不同的策略来控制网格,例如在应力快速变化的区域使用小网格,而在应力变化小的区域使用大网格。
 

分析实例:L型支架

问题描述:L型支架上端面固定,同时在下端面施加900N弯曲载荷,分别使用10mm、3mm、1mm的网格求解模型,对比应力结果。
材料:AISI 304

 
 
 
结构哪个位置最先发生断裂失效?

 
 

 使用准备好的模型,按照前提条件添加算例生成10mm的网格,运行结果,目前的情况看来应力最大的区域为直角边向上的位置,趋势上与现实状态不吻合,我们接下来对其进行加密。将算例进行复制,生成新网格为3mm。


 
 

 新网格生成的结果云分布的状态与之前不同,应力从50兆帕变为75兆帕。从情况上来看,结果随着网格加密的趋势比之前有大的提升。接下来我们将算例再次进行复制,划分生成1mm的网格。

 
 
 
此时,我们可以看到当前网格划分已经非常密集,我们对其求解。1mm网格的应力大小为137兆帕。

 
 

从以上结果得出 :当前模型网格密度和应力值的关系

 
 

应力的奇异性

从图中我们观察可知,应力的变化并没有趋于平稳。根据应力公式:Σ=F/A,物体受力面积A越小,物体受到的应力Σ越大。而在本例中L型支架的连接处为一条直线的尖角,其面积为无穷小。根据弹性理论,在尖角处的应力是无穷大的。由于离散化误差,有限元模型并不会产生无穷大的应力结果,这一离散化误差掩盖了建模时的错误。
然而,应力结果是完全依赖于网格大小的,因此它们都是无意义的。如果目的是确定最大应力值,那么忽略圆角的存在,以致模型含有一个尖锐的拐角则是一个严重的错误。
在SOLIDWORKS Simulation中,我们可以通过【应力热点诊断】去检测应力峰值点,一旦检测到应力峰值点,就可以通过应力奇异算法在感兴趣的位置进一步细化网格。

 
 
 
 
 
TIPS:应力结果的判定并不是简简单单看整个结构最大应力值!工程中的绝大数模型都无法这样去评价。 


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