在本課程中，我們討論了在進(jìn)行應(yīng)力分析時(shí)獲得數(shù)值精確結(jié)果所使用的各種工具和技術(shù)。讓我們從每節(jié)課中總結(jié)出重點(diǎn)。

為應(yīng)力分析指定合適的單元尺寸

• 為有限元網(wǎng)格指定合適的單元尺寸對(duì)于在合理的時(shí)間內(nèi)獲得精確的結(jié)果至關(guān)重要。
• 通過應(yīng)力或應(yīng)變等派生量的單元進(jìn)行高梯度是單元尺寸可能過大的一個(gè)很好的初步跡象。
• 可以使用多種工具來指定單元尺寸，以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)格無關(guān)解的典型最終目標(biāo)，其結(jié)果不隨網(wǎng)格密度的進(jìn)一步增加而改變。
• 雖然在求解之前可能不知道合適的單元尺寸，但有多個(gè)后處理設(shè)置可用(如結(jié)果平均和節(jié)點(diǎn)差異等)來檢查指定的單元尺寸是否合適。
• 網(wǎng)格細(xì)化不僅可以通過各種手動(dòng)網(wǎng)格尺寸控制來完成，還可以通過收斂或參數(shù)化等更自動(dòng)化的方式來完成。

理解3D元素形狀和順序的重要性

• 一個(gè)幾何體可以用各種形狀和順序的元素來劃分網(wǎng)格。六面體和四面體單元是應(yīng)用最廣泛的單元類型。
• 單元的形函數(shù)決定了單元的階數(shù)。線性單元只在單元的頂點(diǎn)上有節(jié)點(diǎn)，而二階單元也有中間邊節(jié)點(diǎn)。
• 由于線性四面體單元為常應(yīng)變單元，容易發(fā)生體積鎖死和剪切鎖死等缺點(diǎn)，在進(jìn)行線性應(yīng)力或動(dòng)力分析時(shí)，應(yīng)盡量避免使用線性四面體單元。
• 四面體單元可以用來在感興趣區(qū)域定義較細(xì)的網(wǎng)格，在遠(yuǎn)離感興趣區(qū)域的區(qū)域定義較粗的網(wǎng)格，因?yàn)樗梢云交貜拇志W(wǎng)格過渡到較細(xì)的網(wǎng)格。
• ?Ansys Mechanical默認(rèn)使用二階單元，采用六面體單元對(duì)可掃掠體進(jìn)行網(wǎng)格劃分，采用四面體單元對(duì)復(fù)雜幾何進(jìn)行網(wǎng)格劃分。這些默認(rèn)選項(xiàng)足以滿足大多數(shù)壓力分析。

理解和應(yīng)對(duì)人為高應(yīng)力

• 了解人為高應(yīng)力出現(xiàn)的情況并加以解決，可以使我們更好地利用模擬工具和正確地解釋結(jié)果。
• 我們通常觀察到的人工高應(yīng)力的典型情況是來自點(diǎn)載荷和約束、角回縮、模型的過約束和接觸中的尖角。
• 隨著網(wǎng)格的細(xì)化，人工高應(yīng)力可以無邊界地增長，這可能會(huì)導(dǎo)致關(guān)于應(yīng)該報(bào)告什么結(jié)果的混亂。
• 在結(jié)構(gòu)有限元分析中，隨著網(wǎng)格的細(xì)化，每個(gè)節(jié)點(diǎn)處的位移和轉(zhuǎn)角值總會(huì)收斂到唯一解，但應(yīng)力和應(yīng)變值可能不會(huì)隨著網(wǎng)格的細(xì)化而收斂到唯一解。
• 高應(yīng)力的情況如(應(yīng)力立管/濃度)不應(yīng)該被忽略，這些情況不應(yīng)該與我們可能在重入角的情況下看到的應(yīng)力奇異性相混淆。

利用表面涂層獲得精確的應(yīng)力

• 在模型定義良好的情況下，有限元法對(duì)體應(yīng)力的預(yù)測一般相當(dāng)準(zhǔn)確，但由于采用外推法得到節(jié)點(diǎn)上的應(yīng)力值，可能需要對(duì)表面上的應(yīng)力進(jìn)行特殊處理。
• 表面涂層技術(shù)是一種獲得精確表面應(yīng)力的有效方法，因?yàn)樗鼘⒅付ú牧系臍卧胖迷谀Ｐ偷倪x定面上。
• 通過選擇合適的選項(xiàng)，表面涂層單元也可以用于建模需要厚度的真實(shí)涂層。
• 當(dāng)法向-表面方向的粗網(wǎng)格由于外推而產(chǎn)生不準(zhǔn)確的表面應(yīng)力時(shí)，表面涂層可以有效地提高結(jié)果精度。

利用Ansys Mechanical自適應(yīng)收斂

• 在自適應(yīng)收斂中，對(duì)于一個(gè)定義良好的模型，系統(tǒng)響應(yīng)隨著單元尺寸的減小而收斂到一個(gè)可重復(fù)的解。因此，隨著網(wǎng)格的進(jìn)一步細(xì)化，結(jié)果不再發(fā)生變化。
• 自適應(yīng)收斂要求在不同的網(wǎng)格離散程度(也就是說,它從一個(gè)較粗的網(wǎng)格開始,然后移動(dòng)到一個(gè)更精細(xì)的網(wǎng)格)下對(duì)問題進(jìn)行多次求解。
• 自適應(yīng)收斂是幫助我們理解網(wǎng)格在數(shù)值精度上的影響的工具，但它不能補(bǔ)償不正確的輸入，如不正確的邊界條件。
• 自適應(yīng)收斂應(yīng)該被用作學(xué)習(xí)工具，以了解需要在哪里進(jìn)行局部網(wǎng)格控制或驗(yàn)證當(dāng)前網(wǎng)格是否足夠，因?yàn)檫@將有助于為未來的模型定義更好的網(wǎng)格，以確保我們的解決方案的數(shù)值精度- -或網(wǎng)格獨(dú)立性- -。

在Ansys Mechanical中進(jìn)行子建模

• 子模型方法是一種在有限元中使用的方法，可以在關(guān)鍵區(qū)域或感興趣區(qū)域進(jìn)行精確分析，而不需要求解整個(gè)模型，因此具有較好的效率。
• 子建模是基于St.Venant原理，在Ansys Mechanical中既可用于結(jié)構(gòu)分析，也可用于熱分析。
• 子模型化使得設(shè)計(jì)更容易參數(shù)化，并伴隨著局部的設(shè)計(jì)變更。它還有助于對(duì)全局模型中可能沒有捕捉到的局部非線性進(jìn)行建模。
• 在使用子模型時(shí)，必須注意將切割的邊界遠(yuǎn)離梯度較尖銳的區(qū)域。
• 子模型還可以通過包含不同半徑的圓角等較小的細(xì)節(jié)來運(yùn)行各種設(shè)計(jì)迭代。