有限元分析演示和基准

If a classical solution can be emulated using FEA, then it’很好地检查了软件和我们的分析技能。

托尼修道院编辑’s注意:Tony Abbey教授NAFEMS的实时和在线学习课程。他提供FEA咨询和指导。接触 [电子邮件 protected] for details.

2017年的最后几个月很忙。我在堪萨斯州威奇托市举行的NAFEMS航空航天活动以及最近在内华达州拉斯维加斯的Autodesk大学为英国德比劳斯莱斯公司提供现场课程。一世’我还定期教我的在线学习课程。它’很高兴在现场活动中与人们面对面交流,并能够谈论有限元分析(FEA)。令人惊讶的是出现的主题。

这个月’其中一些对话提示了该文章。 FEA的新手,以及那些希望提高高级技能的人,都在寻找能够展示特定技术领域的良好范例。两种可能的来源是软件演示,其中许多可以在YouTube上获得,以及经典的FEA基准测试。但是,将它们用作最佳实践示例会存在一些危险!

 

软件演示

YouTube搜索将显示使用各种FEA软件解决方案的许多演示。其中大多数的目的是演示软件中的用法或技术。问题在于,由于这是重点并且时间有限,因此该演示可能无法代表良好的FEA做法。

例如,在使用简单链接的演示中经常会出现这种情况。链接的一端受到约束,另一端已加载。通常,受约束的端部完全内置在轴承面的整个内部。这里的问题是,受约束区域中的应力极其不现​​实。该模型表示与无限刚性销钉或其他连接粘合的组件。在示例中通常没有提到这一点。

同样,加载可能会有些随意。在整个内部轴承面承受的轴向力均匀分布在整个360度轴承上的情况下°。这意味着将在发生加载销钉间隙的位置处产生拉伸载荷路径。这也意味着在与实际载荷为零的载荷方向相切的表面上将施加较大的牵引力。

令人担心的是,新用户将认为这是正常的竟彩篮球实践。如果演示者清楚地说明加载只是提供快捷方式的一种便捷方式,那么’好的。否则会造成混乱。

我经常看到装配冻结在适当的位置,并且施加了任意载荷。如果使用自动键合接触,则会在实际无法实现的铰接点周围产生力矩。每个组件的简单自由体图将显示边界条件是完全不现实的。

 

古典FEA基准

我在自己的培训中使用经典基准,许多人从教科书中开发它们。这样做的动机是,如果可以使用FEA模拟经典解决方案,则它可以’很好地检查了软件和我们的分析技能。

问题在于,许多基准测试都是高度简化的配置。经典解决方案很难生成,并且需要非常简单的边界条件才能解决任何可能的问题。它们通常从任何意义上都不能代表现实世界,但具有有趣的数学结果,可以真正扩展FEA解决方案。

我最喜欢的示例涉及在恒定的最终载荷下简单支撑的板的屈曲。优雅的封闭式解决方案可预测临界屈曲载荷和中心点变形。问题是,对于任何进行有限元分析的人来说,简单地支持就意味着在沿着边缘的三个过渡方向中的每个方向上都有约束。这立即引起问题,因为我们无法约束侧面和轴向加载的端部,因为板需要在该方向上偏转。我们可以通过施加相等和相反的载荷以及最小约束集来克服这一问题,从而缩短板块。如果现在运行分析,那么不幸的是,与经典解决方案相比,我们得到的答案是错误的。

在经典屈曲解决方案中,唯一考虑的自由度是平面外挠度。平面偏转根本不存在于问题中。因此,通过横向约束板,我们为经典问题设置了错误的边界条件。为了使FEA解与经典解匹配,我们需要将平面外平移约束应用于板的外围,并应用最小约束集以停止刚体运动。

这是违反直觉的,因为不会像这样支持任何实际的板块。该基准用于实现数学解决方案,并且可以对此进行FEA验证。但这大约是其实际使用的限制。

我目前正在在线教授非线性有限元分析课程。我以一个浅屋顶的例子为例。这遵循经典基准,我在中心施加点载荷。在整个FEA入门课程和所有在线文章中,我强调了我们永远都不要这样做!在此示例中,我们放弃它的唯一原因是,在低负载水平下会发生卡扣,并且应力没有机会形成明显的奇异点。如果我们要应用非常精细的网格,那么即使在这些低水平下,我们也会看到奇异的证据。

为了解决这个问题,基准测试使用了四分之一对称性和4x4外壳网格。最初提出问题时,这大约是大多数FEA解决方案的极限!因此,我必须反省这个问题的定义,解释其历史背景,并强调这不是好的建模实践的一个例子。

因此,请谨慎从哪里获取指导。那’关于您可能会在YouTube或一般互联网上找到的任何内容,可能是一个熟悉的警告。但是,发现我们一些久经考验的FEA基准也是竟彩篮球分析的不良示例可能会有些令人惊讶。为了捍卫基准及其背后所有广泛的理论发展,它们从未打算成为通用竟彩篮球应用程序。

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托尼修道院

托尼修道院是他自己的公司FETraining的顾问分析师。他还担任NAFEMS的培训经理,负责开发和实施培训课程,包括电子学习课程。发送有关此文章的电子邮件至 [电子邮件 protected].

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