Все ответы об инженерном анализе

Перед началом работы настоятельно рекомендуем ознакомиться с правилами форума.

Интерпретация результатов в нелинейных задачах статики

Verification
Аватар пользователя Verification

И вновь здравствуйте, господа.
На этот раз вопрос чрезвычайно прост (наверное) - заключается он в интерпретации результатов для нелинейных расчётов (при использовании билинейной диаграммы деформирования), а именно, в завышенных результатах для эквивалентных напряжений: отображаемые значения интенсивности напряжений никак не бьются с соответствующими пластическими деформациями. Согласно документации напряжения вычисляются в точках интегрирования, а затем экстраполируются (!) в узлы, чем и можно было бы объяснить сей досадный эффект и радостно отправиться мельчить сетку в зонах концентрации. Однако картина распределения "пластических напряжений" соответствует действительности (диаграмме деформирования), а картина распределения напряжений "из таблицы" даёт даже заниженный результат. Более того измельчение сетки (например, для осесимметричных задач, в которых иногда проявляется та же проблема) не даёт должного эффекта. А в аналогичных пакетах (MSC/NX nastran) подобного несоответствия и вовсе замечено не было. Как же, в итоге, следует поступать, чтобы получить картину распределения эквивалентных напряжений, соответствющую действительности?

tynyany
Аватар пользователя tynyany

Из вашего объяснения не ясно верно ли вы поставили задачу, а также какие результаты хотите получить  и почему. Если хотите содержательного ответа, выкладывайте вашу задачу, будем разбирать.

Verification
Аватар пользователя Verification

Будем исходить из предположения, что задача поставлена верно) Такую картину можно получить в задачах разного типа. Тем не менее для ясности, в данном конкретном случае: имеется некий винт, установленный в некое отверстие под винт. Необходимо оценить напряжения, возникающие в головке этого винта (ослабленной шлицем). Расчётная схема приведена ниже: модель представляет собой четверть винта и "подложки", выбранные из условий симметрии по окружной координате. На боковых сторонах, естественно, заданы граничные условия симметрии - запрет перемещений по нормали. "Подложка" опёрта  - на нижней поверхности запрещены перемещения по вертикали. На нижней поверхности стержня винта приложена растягивающая сила. Между поверхностями головки винта и "подложки" задано контактное взаимодействие. Материал - упруго-пластический с билинейной диаграммой деформирования.

Во вложении представлены некоторые результаты, а именно: вид расчётной сетки, эквивалентные напряжения в винте, "пластические напряжения" в винте и эквивалентные пластические деформации в винте соответственно.

tynyany
Аватар пользователя tynyany

Для того чтобы правильно интерпретировать результаты, нужно сперва понимать что вы отображаете, какие алгоритмы используются для отображения, а также какая модель пластичности используется и как она устроена.

Модель билинейного изотропного упрочнения опирается на эквивалентные по Мизесу напряжения. Поэтому необходимость для постпроцессинга эквивалентных по Мизесу напряжений и пластических деформаций вопросов не вызывает.

Сложнее с типом результатов который вы называете "эквивалентные пластические напряжения", в интерфейсе MAPDL это Plastic Equivalent Stress (NLSEPL). Если внимательно изучить хэлп, в частности Theory Reference глава 4.2. Rate-Independent Plasticity, то можно обнаружить, что под SEPL кодом результатов скрывается величина которая здесь назвается "equivalent stress parameter", и для например для кинематического упрочнения вычисляется как 

(формула 4-44), причем, обратите внимание,  для других моделей пластичности она вычисляется по-другому.

Эта величина считается для целей постпроцессинга, в модели пластичности никоим образом не участвует, ну и я не смог найти (придумать) для чего она нужна, возможно для какой-то модели прочности/усталости. Предлагаю вам  эти результаты далее не использовать, а пользоваться только эквивалетными по Мизесу напряжениями.

Далее, вы совершенно верно утверждаете, что напряжения вычисляются в точках интегрирования и экстраполируются на узлы и как правило отображаются с учетом операции осреднения. При наличии сингулярностей, на уровень напряжений в них можно не смотреть -- он не будет иметь ничего общего с действительностью. Поэтому эти сингулярности нужно убирать -- в вашем случае делать скругления. И затем уже делать сетку адекватной плотности. К сожалению в этом случае возможно не получиться построить красивую гекса-сетку, но ничего не поделаешь -- такова жизнь.

Verification
Аватар пользователя Verification

1. По формуле 4-44: полагая Et<<E и, следовательно, E-Et=E, получим соотношение в точности описывающее точку на втором участке билинейной диаграммы деформирования. Другими словами, картина распределения Plastic Equivalent Stress наиболее близка к действительности, однако картина распределения напряжений при этом не является полной, поскольку "упругих напряжений" мы тут не увидим. Область применения, очевидно, отображение тех областей элемента конструкции, напряжения в которых превышают предел текучести (наравне с эквивалентными пластическими деформациями).

2. Усложнение простых моделей (добавление неопределённых скруглений, произвольная сетка и пр.) вообще ставит под вопрос целесообразность использования данного пакета численного моделирования для решения целого ряда задач.

3. Таким образом, можно сделать вывод о том, что вопрос адекватной визуализации картины распредедения эквивалентных напряжений не так прост, как показался на первый взгляд (: Сделаю запрос в поддержку, посмотрим, что ответят там.

tynyany
Аватар пользователя tynyany

соотношение в точности описывающее точку на втором участке билинейной диаграммы деформирования. Другими словами, картина распределения Plastic Equivalent Stress наиболее близка к действительности

Это верно, но только в  случае одноосного напряженного состояния, и простой истории нагружения, и при этом он равен эквивалентным по мизесу напряжениям. В этом вы можете убедиться на простой модели с 1 элементом-кубиком. В случае сложного напряженного состояния интерпретация становиться уже не такой очевидной, и видимо поэтому этот параметр в WB убрали с глаз долой от неразумных пользователей. Эквивалентных пластических деформаций вполне хватает.

Усложнение простых моделей (добавление неопределённых скруглений, произвольная сетка и пр.) вообще ставит под вопрос целесообразность использования данного пакета численного моделирования для решения целого ряда задач.

Данный инструмент великолепен для любых задач, если уметь им пользоваться. Усложнение необходимо, если вы ставите целью получить точное значение напряжений вблизи концентратора. Если вас они не интересуют, например вы считаете что они не опасны так как материал пластичный и все концентрации будут "съедены" пластикой, то достаточно и упрощенной модели. И кстати скругления не должны быть произвольными, а браться из документации/опыта. Если вы посмотрите на реальный болт, никаких ""математических" углов там нет.

Таким образом, можно сделать вывод о том, что вопрос адекватной визуализации картины распредедения эквивалентных напряжений не так прост, как показался на первый взгляд

Он прост, если вы умеете его правильно интерпретировать. Если вы сознательно упрощаете модель, делая ее проще в тех местах которые вам не интересны, то и не нужно обращать внимание на эти места, а смотреть туда где вы сознательно сделали "хорошую" сетку и пр. Одна из прелестей МКЭ в том что такой подход возможен. Идеальная модель, получаемая автоматически, вычисляемая абсолютно точно, рассчитываемая при этом за 1 секунду, существует как и панацея только в сказках. В любом случае надо идти на компромис, но делать это нужно осознанно. И да, в других пакетах МКЭ та же самая ситуация, ибо основаны они на одних подходах и математике.

Сделаю запрос в поддержку, посмотрим, что ответят там.

Конечно, это первое что нужно сделать, если она у вас есть

И да, кстати я сделал похожую на вашу задачу со скруглениями и без. При наличии скруглений, мелкой сетки максимальное значение SEPL и SEQV стали равны. Так что различие между ними говорит о недостаточности сетки вблизи концентраторов. Правда чаще все же сравнивают узловое и элементное решение для SEQV, с осреднением и без.

Verification
Аватар пользователя Verification

Да, поддержка, разумеется есть, но вдруг этот вопрос был из разряда "как нарисовать линию".

К слову о других пакетах: вот, для сравнения, результаты полученные для того же винта в более простой постановке - убрана "подложка" и контакт, а винт закреплен на верхней поверхности шляпки в осевом направлении. Видимо, не все пакеты основаны на одних и тех же подходах в плане визуализации.

tynyany
Аватар пользователя tynyany

Кажеться я понял в чем причина. В "классике" которой я давно не пользуюсь, есть два режима отображения - PowerGraphics (включен по умолчанию) и Full Graphics. На грубой сетке могут быть проблемы с поспроцессингом и одна и та же задача отображается не одинаково, хотя и решение одно и то же. Почитайте эти статьи:

https://caeai.com/sites/default/files/pg_summ.pdf 

http://www.ansys.com/staticassets/ANSYS/staticassets/resourcelibrary/article/AA-V5-I3-Not-All-Stresses-Are-Reported-Equal.pdf

На мой взгляд еще один аргумент переходить на более удобный и эффективный интерфейс.

А насчет настрановского решения -- это не эталон, и ансисовское решение мне кажеться более естественным. Сравнивать нужно эталонные задачи, для которых известно аналитическое решение. У ANSYS есть несколько сотен примеров в Verification Manual. Если есть желание, можете на досуге сравнить решения ANSYS и NASTRAN. И лучше использовать WB чем классику.

Добавить комментарий

Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии
Приложить файл

Максимальный размер файла: 999 МБ.
Допустимые типы файлов: txt doc docx xls xlsx pdf rar zip 7zip tar.