Доброго всем времени суток! Потребовалась помощь знатоков ANSYS, специализирующихся на геомеханике, потому пишу сюда. Сам в основном работаю в ANSYS'е с металлоконструкциями, потому с проблемами, озвученными ниже, сталкиваюсь впервые.
Стоит задача - оценить прочность и устойчивость подземного резервуара от действия давления грунта и внешней нагрузки.
Для расчёта выбран ANSYS по двум причинам: 1. Есть какой-никакой опыт расчёта пространственных металлоконструкций (оболочками и твёрдыми телами). 2. Большой набор геомеханических моделей материалов.
Перед тем, как писать сюда, пересчитал порядка 40 вариаций исходных данных по материалам, контактам, разным конструкционным упрощениям, ограничениям и т.д. Результат есть - но по моему мнению прочность и перемещения получаются сильно заниженными.
Основные проблемы:
1. Заниженные результаты по прогибу, напряжениям и критической нагрузке.
2. Не получается корректно прописать контакт ёмкости и грунта, тела проникают в друг друга при использовании Frictional или Rough.
3. В идеале для подтверждения хочется каким то образом увидеть эпюру распределения нагрузки на ёмкость, как в справочниках (рисунок ниже).
4. Проверка на устойчивость показывает нелогичную картину - потеря устойчивости торцевой стенки ёмкости.
5. Какой минимальный объём грунта необходимо добавлять в задачу для обеспечения корректности? Есть подозрения, что сейчас - слишком мало.
Трёхмерная модель выстроена в SolidWorks'е, ёмкость собрана оболочками, грунт - объёмным телом. Размеры - 16 м в длину, диаметр - 4,2 м, глубина погружения порядка 8 метров, точно не помню. Ввиду симметричности - отрезал половину с целью снижения объёма вычислений (хотя наверное можно было и до четверти резать). Также с целью упрощения рёбра убраны внутрь ёмкости дабы не плодить контактные поверхности. Вставлены диафрагмы, чтобы оценить величину их влияния, но пока они погашены. Импорт в ANSYS через step.
В EngineeringData два материала: 1. Упрошённая модель стеклопластика (модуль юнга 22000МПа, Пуассон - 0,29, плотность - 2000 кг/м3, предел прочности - 182 МПа). 2. Грунт (модуль юнга - 30МПа, Пуассон - 0,26, плотность - 1800 кг/м3, модель Мора-Кулона - угол внутреннего трения - 35 градусов, сцепление - 0,5 МПа, угол дилатансии - 10 градусов). Стеклопластик задан сильно упрощённо без учёта ортотропии и пластичности дабы пока не перегружать расчёт, грунт - выдран из хелпа ансиса, по факту сцепление должно быть нулевым и угол дилатансии понятия не имею какой. Но с нулевым сцеплением сходимости решения нет. Смотрел ещё на модель Друкера-Прагера, но набор величин для меня абсолютно неизвестный. Скрины из EngineeringData ниже.
Контакты - тут самое интересное. Контакт грунта и оболочки на данный момент Bonded. Пробывал и Rough, и Frictional - либо отсутствие сходимости, либо грунт каким то образом начинает проходить сквозь оболочку. Перепробывал разные способы проверки пересечений (Лагранж, MPC) результат одинаковый. С контактом Bonded на данный момент картина похожа на реальную в части деформаций. Но вероятнее всего в этом и кроется причина занижения напряжений.
Сетка - в местах контакта сгущена до размера в 300 мм. Наверное это многовато, мельчить дальше возможно только при сокращении объёма модели до четверти ёмкости.
Нагрузки - гравитация и давление на поверхности грунта.
Ограничения. Боковые поверхности призмы грунта и нижняя поверхность ограничены в перпендикулярных направлениях. По плоскости симметрии выставлено ограничение перемещения в перпендикулярном направлении. От поворота фиксированы верхние рёбра на границе плоскости симметрии т.к. в результатах получался залом материала как на шарнире, сейчас - как при жёсткой заделке. По хорошему как я понимаю, этого должно быть достаточно. Однако ввиду отсутствия сходимости в большинстве случаев пришлось жёстко зафиксировать нижнюю грань ёмкости в плоскости симметрии. Хотя явно это лишнее.
Итог: напряжения в ёмкости до 76МПа, хотя в прочности вопросов особых нет. Очевидно, первая будет потеряна устойчивость стенок. Прогиб ёмкости- 17,6 мм. Эпюры приложил. Результаты расчёта устойчивости приложить не могу, расчёт вылетел и не сохранился, но коэффициент устойчивости больше 7, и потеря устойчивости по торцевой стенке.
Для получения эпюры нагрузок попробывал по сечению выгрузить силу реакции. Получилась какая то шляпа.
Ссылка на проект: https://disk.yandex.ru/d/Sc-Jw8i9_oDorg?w=1
Буду рад любым советам. По ссылке 1,5 гига проект. Понимаю, что вряд ли кто то решит скачивать результаты такого веса, потому если нужна какая-то дополнительная информация - сброшу.
| Вложение | Размер |
|---|---|
 risunok.png | 15.16 КБ |
| geometriya.png | 286.4 КБ |
| kontakty.png | 223.16 КБ |
| meh_svoystva_-_grunt.png | 30.43 КБ |
| meh_svoystva_-_plastik.png | 42.38 КБ |
| napryazheniya_1.png | 108.39 КБ |
| peremeshcheniya_1.png | 107.98 КБ |
| peremeshcheniya_2.png | 65.78 КБ |
| reakcii_1.png | 43.54 КБ |
Добрый день!
Я ни в коем случае не знаток Ansys в геомеханике, но стало интересно и посмотрел ваш проект. Есть несколько моментов, которые обращают на себя внимание:
1. Как-будто бы сегменты вашего резервуара работают как отдельные тела. По крайней мере, в SpaceClaim они не объединены (команда Share).
2. По поводу симметрии: в дереве проекта она есть, но вы ее не настроили. Нужно выбрать те элементы, которые будут отражаться и саму плоскость симметрии. Если сделать все правильно, не нужно будет мудрить с ограничением перемещений отдельных ребер/плоскостей. И здесь же по поводу закреплений: вроде как логичнее жестко закрепить все свободные грани массива грунта, кроме верхней плоскости (поверхности земли).
3. По поводу взаимного проникновения элементов резервуара и грунта: я думаю, это следствие слишком большого размера КЭ. Если смотреть глобальные деформации при двойном авто-масштабе, видно, что даже в постановке bonded грунт и емкость проходят друг в друга. То есть математически проникновения нет, т.к. это bonded, а визуально - есть. Это как раз таки следствие не очень точной сетки. Желательно сделать ее меньше, размер задачи возрастет, но можно разрезать емкость по длине пополам и ввести еще одну плоскость симметрии.
4. Ну и конечно нужно подумать над свойством контактов емкость-грунт.
ZV1237, Добрый день! Спасибо за ответ.
1. Вы правы. Ёмкость по сути представляет собой сборочную деталь, потому она состоит из отдельных тел, связанных между собой, в контактах там есть связь рёбер оболочек. Тоже обратил внимание, что при масштабировании результатов сегменты между собой начинают расходиться, что странно. Это наталкивает на мысль слепить ёмкость в единое тело. Это добавит неудобства в подготовке, но избавит от пачки контактов.
2. С симметрией всё интересно, до сих пор не разобрался как симметрия в Ansysе настраивается, потому использую её только чтобы отзеркалить эпюру результатов. Ограничения выставляю по старинке, для надёжности скажем так. Надо время потратить и разобраться наконец то).
3. Согласен с Вам, надеялся что до этого не дойдёт. Буду резать модель до четверти.
4. Надеюсь, при выполнении пункта 3 корректно заработает трение.
Результаты расчёта четверти ёмкости постараюсь скинуть в ближайшее время.
Добрый день. Прежде чем что-то советовать хочу уточнить несколько вопросов:
1. На сколько различаются результаты с ожидаемыми?
2. Элементы какого порядка используются в расчете?
3. Покажите настройки решателя (весь раздел Nonliner control).
4. Если масштаб результатов не реальный (True scale), то приложите повторно.
5. Какой грунт местности в реальности (тип, размер; прошу прощения, если не внимательно прочитал)?
6. Приложите диаграммы с оценкой качества сетки.
7. Делали ли оценку сеточной сходимости (решение на разных сетках)?
Думаю, что пока хватит) На будущее: прикрепляйте архив без результатов (больше людей посмотрит 100%). Можно совместно решить задачу, помогу чем смогу. Можете написать почту в личку или по номеру в моей инфе. А если все решили уже, то поделитесь со всеми (выложите сюда, пожалуйста).
Не подскажите с какого справочника картинка распеделения давлений приведена.
Добавить комментарий