Creo Simulate有限元分析(5):应力奇异

科技   2024-11-30 22:13   安徽  

下面我们通过一个L形支架为例,支架的拐角处有一个圆角,圆角半径非常小,可以将其忽略。我们将对带有圆角不带圆角的模型进行分析求解,讨论它们的区别。本文先在忽略圆角的情况下通过局部网格控制策略对模型进行分析。

方法:
1.打开模型。
2.点击【应用程序】-【Simulate】,如下图所示。

3.点击“材料”,弹出如下图所示的窗口,点击“创建新的实体材料”按钮,创建新材料。

材料名称为AISI 304,材料参数如下图所示。

4.点击“材料分配”按钮,对零件分配上面创建的材料,如下图所示。

5.点击“位移”按钮,设置边界条件,对下图所示的面上施加固定约束。

6.点击“力/力矩”按钮,在下图所示的面上施加载荷,按照下图进行设置,力的大小为900N,方向为-Y方向。

7.进行网格划分。点击【精细模型】,点击“控制”按钮,弹出如下图所示的窗口。设置最大元素尺寸为10mm,点击确定。

点击“AutoGEM”,然后点击创建,生成网格。

8.点击【分析和研究】。

新建一个静态分析。

9.按照下图进行设置。

10.点击开始运行。

11.计算完成。点击“查看设计研究或有限元分析结果”按钮。

12.按照下图进行设置,查看von Mises应力。

13.从分析结果可以看出:L形支架的最大变形量为0.2885mm,而最大von Mises应力为111.9MPa。

14.重新进行网格划分。点击【精细模型】,点击“控制”按钮,弹出如下图所示的窗口。设置最大元素尺寸为5mm,点击确定。

15.重新提交计算。
16.从分析结果可以看出:L形支架的最大变形量为0.2886mm,而最大von Mises应力为206.4MPa。

17.再次进行网格划分。点击【精细模型】,点击“控制”按钮,弹出如下图所示的窗口。设置最大元素尺寸为2mm,点击确定。

18.重新提交计算。
19.从分析结果可以看出:L形支架的最大变形量为0.2888mm,而最大von Mises应力为435.3MPa。

20.下表显示了三个分析的最大位移和最大von Mises应力值。

从上面的分析结果可以看出:
  • 每次网格的精细化都会增加最大位移和最大von Mises应力值。位移的增加是比较小,趋向于一个有限值,基本可以认为位移结果是收敛的。然而应力的情况却大不相同。随着网格的精细化,得到的应力值越来越大,是一个发散的数值。如果我们继续划分网格,将会得到各种大小的应力结果。
  • 导致应力结果发散不是因为有限元模型本身的错误,而是有限元模型基于一个错误的数学模型。根据弹性理论,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。
  • 如果我们的目的是确定最大应力值,那么忽略圆角的存在,导致模型含有一个尖锐的拐角是一个严重的错误。如果想了解圆角附近的应力情况,那么不管圆角的尺寸多么小,都应该在模型中将其包含进来。
21.接下来我们将对带有圆角的模型重新进行分析。

22.重新进行网格划分。点击【精细模型】,点击“控制”按钮,弹出如下图所示的窗口。参考选择主体,设置最大元素尺寸为2mm,点击确定。

参考选择曲面,设置最大元素尺寸为0.7mm,点击确定。

23.点击“AutoGEM”,然后点击创建,生成网格。
24.从分析结果可以看出:L形支架的最大变形量为0.2848mm,而最大von Mises应力为108.7MPa。圆角的应力分布状态是均匀且对称的,可以判断这个应力值是精确的因此如果我们想了解圆角附近的应力情况,那么不管圆角的尺寸多么小,都应该在模型中将其包含进来

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