Все ответы об инженерном анализе

Перед началом работы настоятельно рекомендуем ознакомиться с правилами форума.

трещина в трубе

alexivanov
Аватар пользователя alexivanov

Новичок в этом деле, объясните пожалуйста ANSYS Workbench. Есть труба с внутренним давлением, в ней делаю трещину (длина 10 мм, ширина 1 мм). При глубине 2 мм эквивалентные напряжения по Мизесу 900 МПа, при глубине 3 мм - 600 МПа, в чем проблема? Должно же быть наоборот, по мере увеличения глубины трещины напряжение должно увеличиваться. Также когда заново захожу в Ансис выдает другой результат напряжений, если вчера 500 МПа сегодня например 250 МПа.

п.с. Незнаю в чем тут дело, но по вервому вопросу скорее в форме элементов, на всю деталь с трещиной выставляю Automatic, думаю так ошибочно, если это так, подскажите какой метод для создания элементов выбрать для трубы и для трещины чтоб нормальные значения напряжений выдавало?

marvov
Аватар пользователя marvov

Здравствуйте! Это обычная проблема с концентрацией напряжений.

Поскольку ANSYS Mechanical основан на методе конечных элементов, который является численным методом, то у него существует определённая погрешность, которая особенно проявляется при сильных градиентах нагрузок и резком изменении геометрии (т.н.концентраторы напряжений), коим у Вас и является трещина.
Поэтому моделировать влоб на стандартной сетке трещину нельзя.

Во-первых, нужно значительно сгущать конечно-элементную сетку в месте трещины. Если мощности машины не хватает на решение всей модели со сгущенной сеткой, то обдумайте метод подмоделирования (Submodeling). Там Вы считаете всю модель на грубой сетке, а затем импортируете перемещения на часть модели с трещиной и мелкой сеткой.
Во-вторых, нужно понять, будут ли возникать в месте трещины пластические деформации. Скорее всего будут, поэтому стоит также рассмотреть задание пластических свойств материала. Это увеличит время решения, сделав анализ нелинейным, но повысит реалистичность модели + снизит концентрацию напряжений в месте трещины.
В-третьих, различные цели влекут за собой и различные подходы к ним. Если у Вас стоит цель рассмотреть распространение трещины, то это делается обычно с помощью рождения и смерти элементов (Element Birth and Death) - много научных работ видел с таким подходом. Если же Вы оцениваете прочность, то существует много эмпирических подходов по оценке прочности моделей с трещинами и даже куча коэффициентов концентрации для различных геометрий посчитана. Я не специалист в этом вопросе, но Вам нужно тщательней углубиться в рассматриваемую тему.

Насчёт разницы соответствующих результатов на одной и той же моделе. Если Вы проводите анализ заново, то это может быть проявлением "эффекта бабочки" - случайности численной ошибки даже при сходимости решения. Почитайте об этом, а также об аттракторе Лоренца - очень интересная тема для общего развития даже. Но я такого в АНСИСе пока не встречал. Если же Вы смотрите один и тот же результат без решения, то, возможно, Вы всё-таки нажимаете на разные результаты (узловые и элементные напряжения). Для того, чтобы сказать точно, нужно видеть Ваш проект.

marvov
Аватар пользователя marvov

Да, и конечно, нужно всегда оценивать погрешность построенной конечно-элементной сетки. Обычно это делается несколькими способами: сравнением в статическом анализе эквивалентных по Мизесу напряжений при поузловом и поэлементном выводе, сравнением их же на рабочей сетке и на вдвое более мелкой (погрешность сеточной дискретизации). В Workbench я обычно так делаю, в классике ещё один способ применяю.

tynyany
Аватар пользователя tynyany

Я бы еще добавил, что никаким измельчением сетки вы не добъетесь стабилизации напряжений для острого трещиноподобного дефекта, так как это математический концентратор. Только "включением" пластики -- что актуально только для материалов имеющих пластичность. Расчет коэффициентов интенсивности напряжений для математических трещин делается с помощью команды CINT и специальной сетки в вершине трещины.

alexivanov
Аватар пользователя alexivanov

спасибо за ответы, первый вопрос "При глубине 2 мм эквивалентные напряжения по Мизесу 900 МПа, при глубине 3 мм - 600 МПа, в чем проблема?" решил путем изменения формы элементов трубы и трещины с Automatic на Hex Dominant (гексаэдры). Теперь соответственно при увеличении глубины трещины, увеличиваются эквивалентные напряжения. Думаю метод Automatic которая в моем случае представлена тетраэдрами не слишком подходит для объектов в форме трубы тем более с трещиной.

Как задать пластические свойства материала в ANSYS, например сталь 09Г2С? Дайте пожалуйста ссылки на видеоуроки или что-то подобное.

marvov
Аватар пользователя marvov

Методы Automatic или Hex Dominant отвечают за форму построенных элементов. Сами конечные элементы обычно одни и те же - в случае механической задачи SOLID185 для линейных гексаэдров, SOLID186 для квадратичных гексаэдров, SOLID187 для тетраэдров. В любом случае, всегда нужно стремиться к построению гексаэдральной сетки, потому что функции форм таких элементов лучше аппроксимируют искомые величины в узлах (перемещения в данном случае) на весь элемент. Соответственно, и их первые производные, от которых зависят напряжения, также лучше вычисляются.

​То, что у Вас теперь напряжения возрастают при увеличении глубины трещины  ещё не означает, что они правильно найдены. Как я и писал ранее, всё равно нужно оценивать погрешность сетки, а в месте концентратора особенно. И скорее всего, она у Вас может исчисляться десятками процентов. Обычно для научных задач приемлема погрешность меньше 2%, для технических 5% от силы. Если больше, то говорить о правильности найденных параметров напряжённо-деформированного состояния нельзя.

Возможна ситуация, которую описал tynyany. То есть верно найти напряжения в упругой задаче на построенной геометрии невозможно при любой сетке, и тогда нужно либо искать другие подходы, либо танцевать с бубном.

Насчёт пластических свойств http://inside.mines.edu/~apetrell/ENME442/Labs/1301_ENME442_lab7.pdf Лучше, чем туториал АНСИСа Вам никто не расскажет, если английский язык не является непреодолимым барьером. В ссылке также есть картинки из Workbench. В хелпе это тоже довольно доступно описано.

marvov
Аватар пользователя marvov

Вам нужно определиться с моделью пластичности материала, а также в соответствии с этим корректно аппросимировать диаграмму растяжения, задав предел текучести и тангенсы углов наклона участков текучести на данной диаграмме.

alexivanov
Аватар пользователя alexivanov

ок, спасибо

Добавить комментарий

Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии
Приложить файл

Максимальный размер файла: 999 МБ.
Допустимые типы файлов: txt doc docx xls xlsx pdf rar zip 7zip tar.