搜索基于ANSYS Workbench的子模型分析技術(shù)——CAE工程師都在用
2017-02-08 by:CAE仿真在線 來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)
ANSYS精彩應(yīng)用
何為子模型?
子模型是得到模型部分區(qū)域中更加精確解的有限單元技術(shù)。在有限元分析中往往出現(xiàn)這種情況,即對(duì)于用戶(hù)關(guān)心的區(qū)域,如應(yīng)力集中區(qū)域,網(wǎng)格太疏不能得到滿(mǎn)意的結(jié)果,而對(duì)于這些區(qū)域之外的部分,網(wǎng)格密度已經(jīng)足夠了,見(jiàn)下圖。
圖 輪轂和輪輻的子模型 (a)粗糙模型,(b)疊加的子模型
要得到這些區(qū)域的較精確的解,可以采取兩種辦法:(a)用較細(xì)的網(wǎng)格重新劃分并分析整個(gè)模型,或(b)只在關(guān)心的區(qū)域細(xì)化網(wǎng)格并對(duì)其分析。顯而易見(jiàn),方法a太耗費(fèi)機(jī)時(shí),方法b即為子模型技術(shù)。
【問(wèn)題背景】
在經(jīng)典界面中有子模型分析技術(shù),那么這種技術(shù)能否在Workbench(以下簡(jiǎn)稱(chēng)WB)中使用呢?
答案是肯定的。
本算例說(shuō)明如何在WB中使用子模型技術(shù)。
【問(wèn)題描述】
一塊開(kāi)孔薄板,左邊固定,右邊施加1MPa的拉力,求板中的最大應(yīng)力。
【問(wèn)題分析】
該問(wèn)題中存在應(yīng)力集中,應(yīng)力集中發(fā)生在孔的上下邊沿。
為了得到應(yīng)力的收斂值,需要對(duì)應(yīng)力集中點(diǎn)反復(fù)加密網(wǎng)格,然后對(duì)整個(gè)板進(jìn)行計(jì)算。對(duì)于簡(jiǎn)單的問(wèn)題而言,這種方法是可以的。但是如果板很復(fù)雜,這樣反復(fù)計(jì)算耗時(shí)很長(zhǎng)。比較合理的方法是使用子模型法。
經(jīng)典界面中子模型法操作復(fù)雜,而WB則對(duì)子模型法提供了完美的支持。本算例說(shuō)明如何在WB中用子模型法進(jìn)行操作。
WB中,首先創(chuàng)建粗糙模型并進(jìn)行分析;
然后拷貝粗糙模型分析系統(tǒng)得到子模型分析系統(tǒng),并建立粗糙模型與子模型分析系統(tǒng)的關(guān)系;
接著修改子模型分析系統(tǒng)中的幾何模型,只取與應(yīng)力集中點(diǎn)周?chē)牟糠謳缀误w;
然后導(dǎo)入粗糙模型在切割邊界處的位移,根據(jù)此來(lái)計(jì)算子模型的應(yīng)力;
對(duì)子模型反復(fù)加密網(wǎng)格,就可以得到應(yīng)力集中點(diǎn)的精確解。
【求解過(guò)程】
1分析粗糙模型
(1)創(chuàng)建靜力學(xué)分析系統(tǒng)。
(2)創(chuàng)建幾何模型。
選擇長(zhǎng)度單位是毫米,創(chuàng)建一個(gè)草圖
然后根據(jù)該草圖形成面體。
并設(shè)置對(duì)該面體進(jìn)行2D分析。
(3)劃分網(wǎng)格。
自動(dòng)劃分。此時(shí)使用粗糙的網(wǎng)格劃分。
(4)定義邊界條件。
固定左邊線。
右邊線施加1Mpa的均布載荷。
(5)求解并查看應(yīng)力。
得到X方向的正應(yīng)力如下圖。
可見(jiàn),在孔的上下兩邊,應(yīng)力最大,為2.7Mpa。
那么真正的最大應(yīng)力是多少呢?
下面使用子模型加密得到。
2分析子模型
(1)創(chuàng)建子模型分析系統(tǒng)。
拷貝上述分析系統(tǒng),得到新的模型分析系統(tǒng)。
建立粗糙模型系統(tǒng)和子模型系統(tǒng)的連接關(guān)系,如下圖。
上圖意味著要把粗糙模型的分析結(jié)果導(dǎo)入到子模型分析系統(tǒng)中。
下面的操作均在子模型分析系統(tǒng)中進(jìn)行。
(2)創(chuàng)建子模型。
雙擊子模型分析系統(tǒng)的geometry單元格,進(jìn)入到DM中,修改原始模型。
首先進(jìn)入草圖,在原來(lái)的圓外面再繪制一個(gè)大圓,直徑是18mm,并裁剪掉外面的矩形。
重新生成面體
退出DM.
然后更新子模型系統(tǒng)的Setup單元格,結(jié)果如下圖
(3)劃分網(wǎng)格。
雙擊Setup單元格,進(jìn)入子模型分析系統(tǒng)中,此時(shí)劃分的網(wǎng)格模型如下圖。
細(xì)分網(wǎng)格。
(4)設(shè)置邊界條件。
首先Suppress前面的固定邊界條件和力的邊界條件。
然后對(duì)于新出現(xiàn)的Submodeling,單擊選中,在右鍵菜單中插入位移。
并選擇大圓作為導(dǎo)入位移的邊界。
接著導(dǎo)入粗糙模型中對(duì)應(yīng)處的位移。
結(jié)果如下
(5)計(jì)算并后處理。
求解,觀察應(yīng)力結(jié)果。
可見(jiàn),最大應(yīng)力增加到3.04MPa.
繼續(xù)加大網(wǎng)格密度。對(duì)于內(nèi)圈加密第一次。
結(jié)果如下圖
可見(jiàn),應(yīng)力增加很少,可以認(rèn)為已經(jīng)達(dá)到收斂。
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