关于有限元应力结果精度的几点讨论

news2024/10/6 12:22:34

1引言

作为一名汽车结构CAE工程师,使用有限元法进行应力分析是我多年的日常工作。但是关于有限元应力结果的一些技术点一直未能吃透,查到的相关文献也不多,文献内容也存在很多不尽不实之处。最近一段时间,抽空重新读了一遍王勖成老师的《有限单元法》,也查阅了一些其它资料,简单整理出了一些关于应力结果的笔记,再加上一点自己的理解,与大家分享交流。

2有限元位移解的下限性

利用最小位能原理求得的位移近似解所对应的弹性变形能是精确解变形能的下限,即位移近似解在总体上偏小,模型偏于刚硬。利用最小余能原理得到的应力近似解所对应的弹性余能是精确解余能的上限,即应力近似解在总体上偏大,结构的计算模型偏于柔软。

我们常用的结构单元大都是位移元,以位移为未知量,基于最小位能原理建立。位移元得到的位移解具有下限性质,在给定的载荷之下,计算模型的变形比实际要小。当单元网格分割得越来越细时,位移数值解将由下方收敛于精确解,即得到真实解的下界。

需要注意的是,位移数值解并不是在每个点上都小于精确解,数值解只是总体上小于精确解,更准确的说法应该是外载荷在数值解上做的功小于在精确解上做的功,即

ũTP≤uTP(1)

上式中,ũ和u分别为位移数值解和精确解,P为外载荷。

位移解的下界性质从物理上非常好理解。连续体具有无限多个自由度,可以有无数种复杂的变形模式。划分单元后,位移场用有限个结点的位移和对应的形函数来表示,即用一些简单变形模式来逼近实际变形,如图1所示。这就意味着连续体的变形受到了约束和限制,即刚度较实际增加了。由刚度方程可知,在外力相同的情况下,所求得的位移近似解将在总体上偏小。

图1 用特定的形函数逼近准确解

3应力结果的精度

使用位移有限元法进行结构分析时,未知的场函数是结构位移。利用最小位能原理建立的求解方程是系统的平衡方程,求解方程得到的是各结点的位移,但实际工程问题往往更关注结构应力分布。

位移有限元法求解应力的基本步骤如下:

  1. 引入位移边界条件;

  2. 求解方程组得到各结点的位移a;

    Ka=P                 (2) 

  3. 根据单元各结点位移,通过导数运算求得应变和应力。

ε=Lu=Baeσ=Dε=DBae(3)

例如对于平面问题,

应变矩阵B是对插值函数求导得到的矩阵,每求导一次,插值多项式的次数就降低一次。所以通过导数运算得到的应力解的精度较位移解降低了一阶。例如线性单元的应力是近似均布的,二次单元的应力是近似线性分布的,其精度都比位移解低(虽然应力分布函数还包含了一些高次项,但这些高次项都是非完全项,并不能提高应力精度)。

有限元应力解的近似性表现在:

  1. 单元内部一般不满足平衡方程;

  2. 单元与单元交界面上应力一般不连续;

  3. 力的边界上一般也不满足力边界条件。

只有单元尺寸无限趋近于0时,即自由度数趋近无穷时,才能精确满足平衡方程、力边界条件和单元交界面上的应力连续性。在单元数量有限时,这些条件只能近似满足,除非实际应力变化的阶次等于或低于所用单元的应力分布函数阶次。

4应力解的震荡性质

位移有限元法从力学上解释是求位移变分所引起的应变能为极小值的问题,从数学上解释是求解应力近似解与精确解差值的加权最小二乘问题。

与位移结果不同,位移元的应力结果并没有下限性质。应力结果是精确应力���加权最小二乘意义上的近似解,应力近似解必然在精确解上下震荡;并且在某些点上,近似解恰好等于精确解,即单元内存在最佳应力点,如图2所示。

图2 有限元应力解的震荡性质

我们在有限元强度分析中,经常发现在应力集中部位的应力解低于精确解,所以有人误以为位移有限元法的应力解也有下限性质。但真正原因是单元数目有限,且应力近似解的阶次低,无**确描述应力的剧烈变化。对于高应力梯度区域,有限元解通常给出的是一个比实际平滑的结果。如果结构上某部位的应力突然上升,该部位的应力解将低于精确解,但如果某个部位应力突然下降,该处的应力解反而会高于精确解。

位移元的应力解没有下限性质从物理上也容易解释,有限元相当于在结构内部增加了约束,即增加了整体刚度。在外载荷相同的情况下,刚度增加能导致位移数值解偏小,但解得的应力应该在总体上保持不变,否则就无法满足平衡方程。

点击完整阅读全文 

关于有限元应力结果精度的几点讨论

相关阅读推荐:​​​​​​​

有限元分析工程应用实例详解

本文来自互联网用户投稿,该文观点仅代表作者本人,不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如若转载,请注明出处:http://www.coloradmin.cn/o/73799.html

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符,请联系多彩编程网进行投诉反馈,一经查实,立即删除!

相关文章

泊松分布一

文章目录1. 泊松分布定义2.泊松分布具体实例实例1:实例2:3.生成泊松分布的代码泊松分布适合于描述单位间隔(时间、距离、面积、体积)内随机事件发生的次数的概率分布。如电话交换机接到呼叫的次数、汽车站台的候客人数、机器出现的故障数、自然灾害发生的…

【Android】用无障碍服务整个脚本——我看刑

本文灵感来源:李跳跳真实好友 app 目录无障碍服务(AccessibilityService)模拟点击组件ID & 组件文本坐标后台保活效果图存在缺陷缺陷一缺陷二缺陷三缺陷四无障碍服务(AccessibilityService) 无障碍服务(AccessibilityService),是Google推出为了帮助…

从零搭建Sentry

前言 Sentry 为一套开源的应用监控和错误追踪的解决方案。这套解决方案由对应各种语言的 SDK 和一套庞大的数据后台服务组成。应用需要通过与之绑定的 token 接入 Sentry SDK 完成数据上报的配置。通过 Sentry SDK 的配置,还可以上报错误关联的版本信息、发布环境。…

四信机房环境监测方案上线 实现集中监控,统一管理

随着“东数西算”工程和新基建的加速落地,数智化技术正逐渐渗透到各领域。以机房行业为例,由于数据中心建设规模的逐步壮大,机房设备市场需求同步增长,为行业用户带来更多可能性。 伴随着机房中设备数量不断增多,如何…

Vue2实现浏览器ctrl+f功能

Vue2实现浏览器ctrlf功能 安装插件 使用一个Vue2的插件search-bar-vue2 npm install search-bar-vue2全局注册 //全局注册 import SearchBar from search-bar-vue2 Vue.use(SearchBar)局部注册 <template><div><search-bar :root"#app" :highlig…

【VUE】实现分页组件

&#x1f4d8;前言 &#x1f6a9;&#x1f6a9;&#x1f6a9; &#x1f48e;个人主页: 阿选不出来 &#x1f4a8;&#x1f4a8;&#x1f4a8; &#x1f48e;个人简介: 一名大二在校生,学习方向前端,不定时更新自己学习道路上的一些笔记. &#x1f4a8;&#x1f4a8;&#x1f4a…

Navigation--导航机理

1.ROS navigation为移动机器人导航相关包的集合&#xff0c;实现定位规划避障等相关功能。 整体工作流程为&#xff1a; 1.加载地图 navigation通过map_server加载现有地图。navigation无建图相关包&#xff0c;需另外实现后保存&#xff0c;默认只支持2维地图&#xff0c;其…

[附源码]Python计算机毕业设计Django游戏商城平台论文

项目运行 环境配置&#xff1a; Pychram社区版 python3.7.7 Mysql5.7 HBuilderXlist pipNavicat11Djangonodejs。 项目技术&#xff1a; django python Vue 等等组成&#xff0c;B/S模式 pychram管理等等。 环境需要 1.运行环境&#xff1a;最好是python3.7.7&#xff0c;我…

推荐测试用例管理工具,看这篇就行。

我们在考虑测试用例管理的时候&#xff0c;其实不能单纯考虑测试用管理&#xff0c;因为你的测试用例是需要和需求关联起来的&#xff0c;是需要和 bug 关联起来的。在有些行业&#xff0c;比如汽车、医药&#xff0c;不仅要对需求进行测试&#xff0c;还需要对架构设计、详细设…

某CCF C会议对国内和国外作者实行两套标准, 引27%+中稿者发声!

点击文末公众号卡片&#xff0c;不错过计算机会议投稿信息 本文主要反映轻松参会交流群内UIC22(CCF C类) 的81位国内中稿作者的诉求&#xff08;占UIC22中稿数的27%&#xff09;。目前群内作者们的诉求为&#xff0c;希望国内作者可选择线上参会。因为线下参会有困难&#xff0…

2023年湖北监理工程师报考时间是什么时候?

2023年湖北监理工程师报考时间是什么时候&#xff1f; 监理工程师考试时间虽说是全国统一的&#xff0c;但是监理工程师报名时间不统一&#xff0c;每个省份自行安排报名时间&#xff0c;监理工程师报名时间基本都是在2.3月份开始报名&#xff0c;具体关注每个省人事考试院网站…

文件包含漏洞(原理及介绍)

文件包含漏洞&#xff08;原理及介绍&#xff09; File inclusion&#xff0c;文件包含&#xff08;漏洞&#xff09;。程序开发人员通常出于灵活性的考虑&#xff0c;会将被包含的文件设置成变量&#xff0c;然后动态调用这些文件。但正是因为调用的灵活性导致用户可能调用一…

flex布局子项属性

flex布局子项属性 1、flex属性 源代码 flex属性定义子项目分配剩余空间&#xff0c;用flex来表示占多少份数 flex: number; 填数值&#xff0c;分配剩余空间的占比 2、align-self控制子项自己在侧轴上的排列方式 源代码 align-self属性允许单个项目有…

Semi-Supervised Classification with Graph Convolutional Networks

Semi-Supervised Classification with Graph Convolutional Networks, ICLR, 2017 要点&#xff1a; 1、可扩展的半监督学习方法 2、基于卷积神经网络的有效变体&#xff0c;直接对图进行操作 3、通过谱图卷积的局部一阶近似来激励卷积架构的选择 4、在图的边数上进行线性缩放…

车辆纵向动力学、加速性能和燃料消耗研究(Matlab代码实现)

目录 &#x1f4a5;1 概述 &#x1f4da;2 运行结果 &#x1f389;3 参考文献 &#x1f468;‍&#x1f4bb;4 Matlab代码 &#x1f4a5;1 概述 车辆纵向动力学方面包括车辆传动系统换挡控制、制动系统的设计与控制以及车辆状态的参数估计;车辆横向动力学方面涉及车辆转向…

lua vm 共享 proto

lua vm共享proto 场景 在skynet中&#xff0c;对于每一个lua服务&#xff0c;实际上就是在snlua上启动了一个lua虚拟机去完成lua逻辑&#xff0c;所以skynet的服务是相互隔离的。 这样就会产生一个问题&#xff0c;多个服务都require同一个lua库&#xff0c;每个服务内都会有…

原生API编写简单富文本编辑器001

原生API编写简单富文本编辑器001 从这一节开始&#xff0c;我们将亲自动手&#xff0c;使用我们之前介绍过的浏览器原生API来实现一个简单的可以处理文本的富文本编辑器。 1. 设计 这一个简单版的编辑器&#xff0c;由于我们是基于原生的API&#xff0c;基于浏览器原生API的…

线性表-双向链表

双向链表 双向链表也叫双向表&#xff0c;是链表的一种&#xff0c;它由多个结点组成&#xff0c;每个结点都由一个数据域和两个指针域组成&#xff0c;数据域用来存储数据&#xff0c;其中一个指针域用来指向其后继结点&#xff0c;另一个指针域用来指向前驱结点。链表的头结…

手动实现SpringBoot日志链路追踪

概述 有时候一个业务调用链场景&#xff0c;很长&#xff0c;调了各种各样的方法&#xff0c;看日志的时候&#xff0c;各个接口的日志穿插&#xff0c;确实让人头大。 模糊匹配搜索日志能解决吗&#xff1f;能解决一点点。但是不能完全呈现出整个链路相关的日志。 那要做到方…

致迷茫的程序员一封信——我的程序生涯

0、开头 大家好&#xff0c;我是罗鹏程&#xff0c;一个很老套的开头&#xff0c;哈哈哈。 这封信姗姗来迟&#xff0c;与其说是一封信&#xff0c;不如说是来听听我的故事。从2020开始&#xff0c;收到过很多网友的问题&#xff0c;职业的选择&#xff0c;是做大数据还…