导读:前不久,我在这里分享了一篇《有限元仿真分析误差来源之材料参数设置,小心为妙》的文章,引发了同行们的关注和讨论。在此感谢仿真秀平台讲师们的批评和指正,一起认真交流技术和进步。今天我将继续带来关于边界条件设置相关讨论,希望能够抛砖引玉,激发大家的学习兴趣。
由于边界条件需要注意的点比较多,因此,我打算分多次来说明,这篇文章就从约束和point mass的角度来分析有限元计算误差来源。
一、约束
约束是有限元仿真建模的基础,很多同学都觉得约束设置没有什么值得思考的,但是仔细推敲实际上并不简单。还是拉杆问题,一根直径为0.06m,长0.5m的杆件,受拉力 100000N,如下图所示。
图 1拉杆简图
够简单吧,一般的同学可能直接约束底面的六个自由度,在workbench中就是Fixed support。然后计算的结果如下。
图 2应力云图
从云图上看最大应力62.5MPa,比理论计算值35.3MPa大了将近77%。而且应力分布也不正常,底面周围应力值很大,中间应力值小,按理论分析应力应该是均匀的才对。
为什么会造成这种计算结果?主要是因为受拉杆件的截面是会收缩的,而Fixed support将底面的所有节点的的所有自由度都置零。这样底面就无法收缩,在底面的周围就会产生较大应力。
如果采用displacement将底面的轴向的自由度置零,看下仿真结果。
图 3应力云图
从云图上看结果和理论计算一致为35.3MPa,应力分布也是均匀的。还有一种约束形式workbench中的remote point,翻译过来可以叫远点约束,可以用remote point关联相关节点的自由度,并将该节点的六个自由度置0,计算结果如下。
图 4应力云图
可以看出和displacement约束下的计算结果相同,这个结果看似正确,但仔细推敲下,还是里面还有值得思考的问题。
笔者我以前认为remote point是将底面所有节点通过刚体单元连接到一个参考点上,但如果是这样应该和图2显示的计算结果是一样的。
我们用hyperworks来试验下。将底面的节点使用rb2也就是刚体单元,连接到一个参考点上,将该参考点的六个自由度都置0,如下所示。
图 5约束
得到底面应力云图如下所示。
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有限元仿真分析误差来源之边界条件,约束和point mass
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