Скачок напряжений в узле (Femap NX Nastran)

[NastyaDPM 0]

Доброго времени суток. Прошу вашей помощи и советов. Есть рамная конструкция, из металлического проката. Есть проблема. Который раз сталкиваюсь с  ситуацией, когда в узле, где сходятся 3 разные плоскости, возникает скачок напряжений. Почему так происходит ,правильно ли это, и как с этим бороться? Измельчение сетки, только увеличивает напряжение в этом узле до бесконечности.

 

Не получилось вставить изображения, оставляю ссылки:

https://vk.com/albums20140689?z=photo20140689_456239074%2Fphotos20140689

https://vk.com/albums20140689?z=photo20140689_456239073%2Fphotos20140689

[piden 2 874]

http://cccp3d.ru/topic/71215-полезные-советы-начинающим/#comment-641050

 

[dbarlam 184]

Это хорошо известная ситуация , дающая как правильно отмачено сингулярность

Чтобы понять кто же именно дает это посмотрите наприлепленные маленькие модельки

Жесткий угол дает сосредоточенные силы перпендикулярно пластинке и сосредоточенные моменты

В модели test4 -набор разных сил и моментов

В модели test3 - подобие жесткого угла

Я понял что вы работаете с NX . Я работаю с MSC.NASTRAN , принципиально это ничего не меняет ,

Важно очень еще одно - когда Вы смотрите напряжения - они интерполируются и осредняются

Для элементов пластины стыкующихся под углом (как у Вас) нельзя делать общее осреднение по всей модели

так как например то что в пластинке Sxx в ребре перпендикулярном ей может быть Syy да и вообще надо помнить что это только компоненты тензора и смешивать/осреднять их надо осторожно 

Надо учесть еще что Настран дает компоненты в системе координат элемента ( по умолчанию)

Лучше всего конечно без межэлементного осреднения - это то что на самом деле приходит из Настрана

Есть еще много всякого касательно исползования оболочечных элементов 

test4.bdf

test3.bdf

[dbarlam 184]

В продолжение темы - посмотрите " прочность устойчмвость колебания" том 2 , справочник под ред. Биргера и Пановко

Гл. 2 - Оболочки под действием локальных нагрузок - там увидите сингулярные решения с логарифмической особенностью и не

только

Это для более ясного понимания вашей задачи

[Борман 2 375]

Опять бадяга пошла...

1. По каким нормам оценивается прочность?

2. Что в этих нормах написано про локальные напряжения?

[Fedor 1 597]

У Тимошенко есть в книжке аналитическое решение для колон . Ситуация похожая. Армирование в 1.5-2 раза усильте в углу и все дела. :)

[kolo666 253]

5 часов назад, dbarlam сказал:

Важно очень еще одно - когда Вы смотрите напряжения - они интерполируются и осредняются

Элементы CQUAD4, в использовании автором которых я не сомневаюсь (они стоят по умолчанию в Femap), имеют линейную функцию формы, откуда следует что деформация и напряжения в элементе постоянны, ибо производная от линейной функции есть константа. Поэтому, в каждом элементе, деформация и напряжение приводятся к центру четырехугольника (пересечение диагоналей), откуда уже, экстраполируются в узлы. Стоит обратить также внимание, что в элементах CTRIA3, деформация и напряжение не экстраполируется в узлы, и имеет одинаковые значения во всех трех вершинах.

5 часов назад, dbarlam сказал:

Для элементов пластины стыкующихся под углом (как у Вас) нельзя делать общее осреднение по всей модели

Если у Вас большие различия экстраполируемых значений в узлах между Max, Min, Average, то стоит обратить внимание на качество самих элементов, и их размер, ибо они либо кривые, либо слишком большие. Для этого даже есть специальный инструмент Error Estimate в Process Output Data. 

 

Вот чего делать нельзя, так это смотреть напряжения в таких местах. А если невтерпеж, бейте солидами.

 

"Лучше всего конечно без межэлементного осреднения - это то что на самом деле приходит из Настрана"

 

Ну вообще все это приходит из Nastran, в нем есть 4 вида экстраполяции, по умолчанию билинейная. И зря вы про без осреднения, в таком случае уже сложнее понять что это сингулярность. Есть вариант, использовать элементы с квадратичной функцией формы, и уже получить вычисленные значения в узлах. Но это больше для спокойствия души.

7 часов назад, NastyaDPM сказал:

Почему так происходит ,правильно ли это, и как с этим бороться?

@piden Вам уже дал Вам исчерпывающий ответ на Ваш вопрос)

Изменено 13 марта 2017 пользователем kolo666

[kolo666 253]

Как то была статья на engineering.com, суть которой была такая что все эти напряжения в таких местах, при такой апроксимации - просто мусор.

[dbarlam 184]

уважаемый  kolo666 элемент  CQUAD4  использует БИЛИНЕЙНУЮ интерполяцию в отличие от CTRIA3 действительно использующего только линейную , а посему CQUAD4 имеет ЛИНЕЙНОЕ распределение деформаций/напряжений , посмотрите книжки Зенкевича 

и пр. Я не беру в расчет улучшение этого элемента за счет ASSUMED STRAIN техники которое конечно не видно даже вооруженным глазом но сегодня имеется во всех программах МКЭ , в некоторых можно его отключтиь что ухудшит поведение элемента при некоторых видах нагружения

Можно конечно красиво раскрасить - но это отдает халтурой. В МКЭ до эры красивых картинок именно так и работали

по крайней мере понятно было что происходит. И еще - если скажем есть две плвстины под углом - что именно вы будете осреднять ? не забывайте что в элементах пластин напряжения есть только в плоскости а она у каждого своя на стыке

двух взаимно перпендикулярных элементов , к тому же направления осей в них тоже у каждого свое

По этому КАТЕГОРИЧЕСКИ нельзя проводить осреднение в такой ситуации. Будет скакать напряжение на стыке - но и это преодолимо - 

например  в комбинированной модели пластина+SOLID ELEMENT где угол представлен объемными элементами

Господа Борман и FEDOR мне кажется Вы ушли от темы - речь не о нормах прочности

Молодой прочнист хочет знать как начальству навешать лапшу , какую и сколько чтобы не тыкали его носом

с криками ,,,,

И главное - дайте человеку понять почему это так , а дальше разберется что делать с этим

[kolo666 253]

16 минут назад, dbarlam сказал:

а посему CQUAD4 имеет ЛИНЕЙНОЕ распределение деформаций/напряжений , посмотрите книжки Зенкевич

Мне не надо для этого смотреть книжку Зенкевича, я это и так знаю и не оспаривал. Это во первых. Во вторых вы путаете экстраполяцию и интерполяцию. Разные вещи, но это отнесем к игре слов..

 

16 минут назад, dbarlam сказал:

в отличие от CTRIA3 действительно использующего только линейную

CTRIA3 вообще не экстраполирует в узлы, а напряжения в узлах получается осреднением по соседним элементам. Это Вам на заметку.

16 минут назад, dbarlam сказал:

По этому КАТЕГОРИЧЕСКИ нельзя проводить осреднение в такой ситуации.

Категорически нельзя смотреть на эти напряжения в такой ситуации. Вот что попахивает халтурой.

16 минут назад, dbarlam сказал:

SOLID ELEMENT где угол представлен объемными элементами

О чем я и сказал  "А если невтерпеж, бейте солидами."

 

P.S. Был у нас один товарищ, все углы в пластинах анализировал..в итоге компьютерный столик у него 150кг получился.

Изменено 13 марта 2017 пользователем kolo666

[AlexKaz 1 822]

48 минут назад, kolo666 сказал:

Стоит обратить также внимание, что в элементах CTRIA3, деформация и напряжение не экстраполируется в узлы, и имеет одинаковые значения во всех трех вершинах.

Двойная работа, сначала осреднять, потом экстраполировать? по-моему в кухне МКЭ для изопараметрического элемента (читайте произвольного четырёхугольника) напряжения и деформации получают без экстраполяции, достаточно проинтегрировать в точке... Просто привыкли видеть, что Зенкевич и товарищи получают в треугольниках постоянное поле - отсюда городская легенда и родилась.

 

Изменено 13 марта 2017 пользователем AlexKaz

[kolo666 253]

4 минуты назад, AlexKaz сказал:

Просто привыкли видеть, что Зенкевич и товарищи получают в треугольниках постоянное поле - отсюда городская легенда и родилась.

Нет, просто справку прочитали по Nastran.

5 минут назад, AlexKaz сказал:

Двойная работа, сначала осреднять, потом экстраполировать?

Наоборот...

[piden 2 874]

Никита растет)

[kolo666 253]

1 минуту назад, piden сказал:

Никита растет)

Второй раз удивляюсь..откуда здесь знаю мое имя..но спасибо)

[dbarlam 184]

Учитывая жаркую дискуссию добавлю для полного выяснения - перемещения интерполируются - от них производные дают напряжения - в точках интегрирования Гаусса - точки Barlow для большей точности. А потом Настран ЭКСТРАПОЛИРУЕТ напряжения к узлам ничего не осредняя. А остальное- игры пост-процессора который размазывая краски использует те же функции формы что и для перемещений , а дальше можно осреднять по соседним элементам и пр.

Никакой двойной работы здесь нет. В треугольниках другого поля и не получить кроме как постоянное.

Я вижу что господа участники дискуссии упустили из виде еще один момент. В рассматриваемой задаче речь идет не о плоской задаче а о комбинированном нагружении - есть изгиб и мембранные напряжения. Вот изгиб и делает проблему. Для изгиба Настран использует по умолчанию элемент Миндлина-Рейсснера , т.е. перемещения (из плоскости) и углы поворота интерполируются раздельно. Зенкевича рекомендую посмотреть по крайней мере издания 5-6-7 где нет никаких легенд

а все обсуждаемые вопросы хорошо рассмотрены. На эти темы есть масса англоязычной литературы , хотя один раз за такую фразу я получил по рукам . 

[kolo666 253]

8 минут назад, dbarlam сказал:

хотя один раз за такую фразу я получил по рукам . 

 Уже давно нахожу ответ на свои вопросы за рубежом.. Как сказал один известный товарищ, некоторые наши переводы читать бывает даже опасно..)

Перед тем как анализировать результаты, нужно задать себе два вопроса: правильно ли я решаю задачу? и правильную ли задачу я решаю? Второй здесь очень актуален, особенно если задать опять же себе вопрос, а бывают ли вообще острые углы в реальности? 

Изменено 13 марта 2017 пользователем kolo666

[NastyaDPM 0]

Всем спасибо за ответы.

В этой задаче  я делала статический расчет рамной конструкции. Задача состоит в том, чтобы выяснить выдержит ли она те нагрузки, которые к ней приложены  Использовала пластины для экономии расчетного времени. А эквивалентное напряжения смотрела по Мизесу.

[NastyaDPM 0]

Сделала расчет Solid-ами. В этом месте получилась такая же ситуация, ну только напряжения еще выше.

[ALF007 7]

1 час назад, NastyaDPM сказал:

Сделала расчет Solid-ами. В этом месте получилась такая же ситуация, ну только напряжения еще выше.

Тоже самое что и для поверхностей, только для солидов. Сингулярности никто не отменял.
Я так думаю, напряжения выше потому, что сетка меньше. Если вы еще измельчите то они еще поползут вверх. Жизнь боль, а МКЭ не идеальный инструмент. 

Может быть Вам помогут в точках сингулярности скругления и измельчения сетки до 2-3х элементов на эти скругления. Если леньки это делать - можно чуть игнорировать такие точки. в 1 узле высокие напряжения - думаю ничего страшного. 

Изменено 14 марта 2017 пользователем ALF007

[NastyaDPM 0]

10 минут назад, ALF007 сказал:

Тоже самое что и для поверхностей, только для солидов. Сингулярности никто не отменял.
Я так думаю, напряжения выше потому, что сетка меньше. Если вы еще измельчите то они еще поползут вверх. Жизнь боль, а МКЭ не идеальный инструмент. 

Может быть Вам помогут в точках сингулярности скругления и измельчения сетки до 2-3х элементов на эти скругления. Если леньки это делать - можно чуть игнорировать такие точки. в 1 узле высокие напряжения - думаю ничего страшного. 

Напряжения вроде небольшие. Предел текучести 275, с учетом коэффициента запаса 1,5, где-то 180МПа. Просто растут они до бесконечности при измельчении сетки, это меня и пугало.

В солиде получились напряжения 90 МПа, в пластинах 60 МПа, хотя в солиде сетка крупнее.