一起啃書/殼單元模型

實(shí)際工程中有些模型,其厚度相對(duì)于其他尺寸較小,按實(shí)際模型的特征尺寸(w)與厚度(h)之比劃分:當(dāng)w/h<(5~8)時(shí)為厚板,采用實(shí)體單元;當(dāng)(5~8)<w/h<(80~100)時(shí)為薄板,可選2D實(shí)體或殼單元;當(dāng)w/h>(80~100)時(shí)為薄膜,采用膜單元。WB中有Shell181和Shell281殼單元,其中Shell181采用線性多項(xiàng)式作為形函數(shù),Shell281采用二次多項(xiàng)式作為形函數(shù)。
本模型特征尺寸為60mm,厚度為1mm,兩者之比為60,屬于薄板,可以采用Sell單元分析;另外,載荷位于中心點(diǎn),圓盤幾何形貌默認(rèn)沒有中心點(diǎn)特征,因此必須附加中心點(diǎn)幾何特征,可采用以下幾種方法:
(1)Slice(切分)模型,在中心點(diǎn)產(chǎn)生幾何特征;
(2)Mesh模型,在中心點(diǎn)產(chǎn)生節(jié)點(diǎn)特征:
(3)在中心點(diǎn)定義Load Point(硬點(diǎn));
(4)定義遠(yuǎn)程點(diǎn)。
1.為了劃分網(wǎng)格而切分(Slice)模型,必須用Form New Part將切分的各件合并。
2.Mesh Metric(網(wǎng)格質(zhì)量)設(shè)置,默認(rèn)為None。點(diǎn)擊可選擇網(wǎng)格質(zhì)量度量標(biāo)準(zhǔn):Element Quality(單元質(zhì)量)、Aspect Ratio(縱橫比)、Jacobian Ratio(雅可比率)、 Warping Factor(翹曲因子)、Parallel Deviation(平行偏差)、Maximum Corner Angle(最大頂角)、Skewness(傾斜度)、Orthogonal Quality(正交質(zhì)量)。
- Element Quality:網(wǎng)格綜合質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),范圍為0~1,1最佳,0最差。
- Aspect Ratio:依據(jù)單元中,點(diǎn)計(jì)算的長(zhǎng)寬比,最佳為1,即正方形和正三角形。1~5較好,結(jié)構(gòu)分析必須小于20。
- Jacobian Ratio:除了一次三角形、一次四邊形、完全對(duì)中的二次單元以外,其余單元類型均計(jì)算雅可比率,表示單元空間與真實(shí)空間的映射關(guān)系。因?yàn)槎螁卧染€性單元更能精確地匹配彎曲幾何體,這樣就容易在曲率大的部位產(chǎn)生扭曲的單元,雅可比率可理解為單元的扭曲度。當(dāng)中節(jié)點(diǎn)位于單元直邊中點(diǎn)時(shí)為1,結(jié)構(gòu)分析必須小于40。
- Warping Factor:用于單元形式為Quadrangle、Hexagon、Wedge和Pyramid。最佳為0,即無翹曲模型。對(duì)于Shell181,超過5出現(xiàn)警告,超過7出現(xiàn)錯(cuò)誤提示;其余單元超過1則出現(xiàn)錯(cuò)誤提示。
- Parallel Deviation:表示平行偏差角度,最佳為0°,即長(zhǎng)方形。超過70°出現(xiàn)警告,超過150°出現(xiàn)錯(cuò)誤提示。
- Maximum Corner Angle:表示單元最大頂角,最佳三角形單元為60°,即正三角形,最佳四邊形單元為90°,即長(zhǎng)方形,超過155°出現(xiàn)警告,超過179.9°出現(xiàn)錯(cuò)誤提示。
- Skewness:基本單元質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),范圍為0~1,0最佳,1最差。
- Orthogonal Quality:計(jì)算從單元中心到相鄰單元中心的矢量以及從單元中心到各面或各邊的矢量。最佳為1;最差為0。
3.Mesh中Behavior選擇Hard,表示強(qiáng)制按定義規(guī)則劃網(wǎng),不需要軟件自動(dòng)參與。
4.Load Point(硬點(diǎn))是一種特殊的關(guān)鍵點(diǎn),附屬于某線或某面上。網(wǎng)格劃分時(shí)在硬點(diǎn)位置強(qiáng)制生成一個(gè)節(jié)點(diǎn),主要用于施加集中載荷或者后處理。硬點(diǎn)不改變模型的幾何形狀或拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),但是硬點(diǎn)所依附的面和體都不再支持映射網(wǎng)格劃分。
5.2020R2版本將Element order 改為Quadratic則殼單元變?yōu)閟hell281,以前的版本是將Element Midside Nodes選擇為Kept。
6.Remote Point(遠(yuǎn)程點(diǎn))是一個(gè)抽象點(diǎn),是把相關(guān)聯(lián)的模型幾何特征集中到空間個(gè)點(diǎn),使其具有多種邊界條件。Remote Point主要體現(xiàn)在Remote Force(遠(yuǎn)程力)、Remote Displacement(遠(yuǎn)程位移)、Point Mass(質(zhì)點(diǎn))等邊界條件和對(duì)應(yīng)的后處理。
7.Remote Force核心即為Surface Based Constraint Force。如果Remote Force的作用位置在整個(gè)承載面上,Remote Force等效為Force與Moment合并于作用面上:如果Remote Force的作用位置僅在承載面中心位置上,Remote Force等效為Force(Moment很小以至忽略)于中心位置,但是由于Remote Force不像集中載荷那樣可以加載在點(diǎn)或節(jié)點(diǎn)上,作用區(qū)域最小必須有一個(gè)單元面,因此應(yīng)力計(jì)算結(jié)果小于集中載荷結(jié)果:如果Remote Force的作用位置遠(yuǎn)離作用面,Remote Force等效為Force與一個(gè)較大的Moment合并于作用面上。
8.就此題而論,采用三維殼單元求解,前面三種方法計(jì)算出來的變形與應(yīng)力結(jié)果都基本準(zhǔn)確,與理論計(jì)算相差無幾,最后一種基于遠(yuǎn)程點(diǎn)的加載方式只有應(yīng)力結(jié)果小于理論值。但是注意集中載荷是一種理想狀態(tài),實(shí)際工程中純粹的集中載荷并不存在,同時(shí)對(duì)比實(shí)體模型也可以知道,集中力載荷加載在實(shí)體上會(huì)出現(xiàn)很大的應(yīng)力奇異,因此,采用遠(yuǎn)程力加載是可行的。同時(shí),在實(shí)際工程中,僅僅在一個(gè)實(shí)體上作用力非常少見,大多是通過多個(gè)體的相互連接作用,作用力傳遞到需要校核的零件上,最符合實(shí)際工況則是建立多體部件的模型,結(jié)果也最準(zhǔn)確:但有時(shí)某些零件很復(fù)雜,且剛度較大,可以將其省略,使用Remote Point加載形式,減少計(jì)算規(guī)模,結(jié)果也相差不大。