Что не так в анализе Linear Buckling?

[YURIS 14]

Доброго времени суток! Возникла задача расчета на криплинг - т.е. так называемой задачи о закритическом разрушении коротких профилей (после потери устойчивости, обычно в пластической области). Суть в том, что согласно рекомендациям ЦАГИ данная задача решается в три основных этапа:

1) Решение линейной задачи на устойчивость - первоначальная оценка положения точки бифуркации;

2) Решение нелинейной задачи на устойчивость - уточнение положения точки бифуркации с учетом эффектов физической нелинейности;

3) Собственно решение закритического состояния конструкции с корректным выбором степени дестабилизирующего воздействия, которое позволяет вычислительному процессу правильно обработать точку бифуркации. Процесс закритической деформации должен соответствовать нижней из спектра собственных форм.

Проблема в том, что ЦАГи описал данную методику для алюминиевых профилей, а какая должна быть методика для композитного профиля - это еще вопрос. После обзора иностранной литературы на этот счет я пришел к выводу, что ближе всего к этому подошел полячишка Hubert Debski - он даже поставил эксперимент и сравнил результаты расчета в ABAQUS и ANSYS с этим экспериментом. Вот только повторить его численный эксперимент мне пока не удается.

Для удобства я сделал в прикладываемом pdf-файле подстрочный перевод его статьи, где есть все исходные данные (размеры профиля, свойства материала, какие он задавал граничные условия).

На первом этапе решается линейная задача потери устойчивости - этот этап сам по себе не самоцель, но его результаты используются в дальнейшем (у полячишки): "Вторым этапом вычислений был нелинейный численный анализ, в котором были введены геометрические несовершенства с амплитудой, равной 1/10 толщины стенки балки для первой формы потери устойчивости." Т.е. мне нужно каким-то образом эту форму получить и на втором этапе использовать те рез-ты, которые были получены на первом этапе расчета (на линейную потерю устойчивости). Ниже приведено сравнение результатов поляка DEBSKI с тем, что получил я в Abaqus и в Ansys Workbench:

 

Видно, что форма, полученная мною в Abaqus вроде как похожа, но вот EigenValue = 18.604! Тогда как у DEBSKI расчетная нагрузка потери устойчивости для первой формы потери устойчивости = 2977.2. Результат, полученный мной в Ansys Workbench, вообще ни в какие ворота: три полуволны вместо двух на первой форме.

Думаю, что ошибка в расчете где-то у меня, т.к. в двух разных пакетах я во-первых, получил разный результат, а во-вторых, он далек от аналитического.

 

Где я мог накосячить? Вариантов на самом деле два (поскольку я далеко не в совершенстве владею данными пакетами):

- ошибка с заданием укладки (определение системы координат для CompositeLayup и прочее);

- ошибка в задании граничных условий (это менее вероятно, поскольку я скурпулезно воспроизвел все то, что было отображено в статье; я мог что-то пропустить только в том случае, если это было пропущено в статье, либо просто я чего-то не понимаю).

Ошибку с заданием свойств материала я исключаю. Поляк говорит в своей статье: "A plane–stress orthotropic material model was defined for the composite" - т.е. он задает TYPE=LAMINA для задания ортотропного материала и использует "Layup-Ply technique". Все то же самое делаю и я. Пруф:

 

Зачем-то в своей табличке со свойствами материала он приводит коэффициент Пуассона для 90˚ (0.02). Но я считаю, что это избыточная информация, т.к. v21 = v12*E2/E1 = 0.32*6360/130710 = 0.02 (т.е. к-т Пуассона v21 однозначно определяется заданием к-та v12, и модулей E1 и E2).

В итоге свойства заданы были так:

 

Были еще сомнения, а действительно ли shear modulus равны между собой по трем направлениям (12, 13, 23)?, но после нашел еще одну статью с того же сайта "21_3_7.pdf" - там использовался в другой задаче тот же материал, но там прям расписано черным по белому: G12 = G23 = G13 = 4180 MPa.

Так что косяк искать нужно где-то в другом месте. Кто чем может помочь, буду благодарен за помощь. На всякий случай прикладываю не только проект в Abaqus и статьи, но и файл Ansys Workbench - вдруг кто не знает Abaqus, но знает Ansys, сможет что-то подсказать. Постановка задачи одинаковая и там и там.

LinearBuckling.wbpz

Abaqus_files.rar

17_1_3D_End.pdf

21_3_7.pdf

[YURIS 14]

Небольшое уточнение: в Ansys Workbench ночью удалось добиться более-менее приемлемого результата: Load Multiplayer = 2919.6. Но хотелось бы добиться нужных результатов именно в Abaqus - Ansys здесь больше для целей самопроверки..

https://yadi.sk/d/N6WC1u3w3S8e3C

Изменено 6 февраля 2018 пользователем YURIS

[piden 2 874]

2 minutes ago, YURIS said:

в Ansys Workbench ночью удалось добиться более-менее приемлемого результата

Так выложите исправленный проект ВБ

[YURIS 14]

 

1 минуту назад, piden сказал:

Так выложите исправленный проект ВБ

Уже. На яндекс-диск.

Изменено 6 февраля 2018 пользователем YURIS

[piden 2 874]

9 hours ago, YURIS said:

Но хотелось бы добиться нужных результатов именно в Abaqus - Ansys здесь больше для целей самопроверки..

 

 

composite buckling R170.zip

abq614-3.rar

 

 

 

Если кому интересно, откуда были взяты статьи: http://kdm.p.lodz.pl/mme-art.html 

[piden 2 874]

20 hours ago, YURIS said:

- ошибка в задании граничных условий (это менее вероятно, поскольку я скурпулезно воспроизвел все то, что было отображено в статье; я мог что-то пропустить только в том случае, если это было пропущено в статье, либо просто я чего-то не понимаю).

Ошибка была при задании нагрузки. Вы выбрали Shell Edge Load (далее SEL) и задали там единичную нагрузку. Но в SEL нагрузка задается как поверхностная (давление) на единицу длины. В этом примере длина ребра, на которую прикладываем нагрузку = 40mm * 4 = 160mm. Ширина принимается единичная, 1mm (независимо от фактической толщины оболочки). Тогда "давление", которое нужно задать = единичная сила / "площадь" = 1 N / 160mm^2 = 6.25e-3 MPa. Это уже в согласованных единицах)

 

20 hours ago, YURIS said:

Видно, что форма, полученная мною в Abaqus вроде как похожа

И с правильной нагрузкой получаем в вашей задаче:

 

 

Crippling_mod.rar

 

 

 

PS в лучших традициях только сейчас начал читать статью. Справедливости ради, нужно заметить, что ни в Ансисе, ни в Абакусе у нас ГУ не соответствуют точно тем, что в статье. Нужно было еще связать уравнением перемещения по Z со стороны приложенной нагрузки)

[YURIS 14]

Круто! Спасибо вам большое!

 

Цитата

Справедливости ради, нужно заметить, что ни в Ансисе, ни в Абакусе у нас ГУ не соответствуют точно тем, что в статье. Нужно было еще связать уравнением перемещения по Z со стороны приложенной нагрузки

На эту мысль вас навел рисунок 2, где указано Uz=const?

Я думал про это, но не знал, как это реализовать. В Abaqus в модуле Interaction есть функция Create Constraint -> Equation, но что с чем связывать?

Пока понял только, что CSYS ID можно запросить через Tools->Query->Feature.

Изменено 6 февраля 2018 пользователем YURIS

[YURIS 14]

1 час назад, YURIS сказал:

Круто! Спасибо вам большое!

 

На эту мысль вас навел рисунок 2, где указано Uz=const?

Я думал про это, но не знал, как это реализовать. В Abaqus в модуле Interaction есть функция Create Constraint -> Equation, но что с чем связывать?

Пока понял только, что CSYS ID можно запросить через Tools->Query->Feature.

Кажется, я догнал, как это сделать: В Abaqus в модуле Interaction есть функция Create Constraint -> Equation. Я создаю точку RP-1 и говорю, что разница перемещений UZ для SET'а Up_Nodes (это все узлы со стороны приложенной нагрузки) и перемещением этой точки равна нулю. Т.е. они перемещаются на одинаковую величину. Тем самым обеспечивается постоянство перемещений по z для верхнего торца.

И после того, как я это задал, я наконец получил в точности тот же результат, что и поляк DEBSKI:

Думаю, что теперь нашему расчету можно доверять)

Еще раз спасибо за вашу внимательность к деталям, @piden !

Вы на самом деле очень помогли!

CRIPPLING_mod2.rar

[YURIS 14]

Кому интересно, что получилось в итоге при решении нелинейной задачи - выкладываю в презентации черновой вариант практической методики расчета.

Значение разрушающей нагрузки получилось примерно таким же, как в статье (разница 2%), перемещения в обоих случаях близки к 6 мм, при этом разница по напряжениям в 8-м слое составила 15%.

Возможно, разница связана с тем, что разные версии Abaqus считали данную нелинейную задачу немного по-разному. Либо же автор статьи привел не все подробности и раскрыл не все использованные параметры.

Если будут какие-то идеи, с чем еще это может быть связано, буду рад шлифануть методику. Сам же я уже наверно, исчерпал идеи, как можно что-то еще улучшить - копаюсь уже давно и глаз замылился, что называется..

Также прикладываю cae-file, в нем зашито три модели:

1) Model-1 - линейный анализ;

2) Model-2 - нелинейный анализ методом Ньютона-Рафсона;

3) Model-3 - нелинейный анализ методом Ритца.

 

Криплинг.pptx

Cripling.zip

Изменено 6 марта 2018 пользователем YURIS
орфография

[Aleksandr_lhm_geo 0]

12 часа назад, YURIS сказал:

Кому интересно, что получилось в итоге при решении нелинейной задачи - выкладываю в презентации черновой вариант практической методики расчета.

Значение разрушающей нагрузки получилось примерно таким же, как в статье (разница 2%), перемещения в обоих случаях близки к 6 мм, при этом разница по напряжениям в 8-м слое составила 15%.

Возможно, разница связана с тем, что разные версии Abaqus считали данную нелинейную задачу немного по-разному. Либо же автор статьи привел не все подробности и раскрыл не все использованные параметры.

Если будут какие-то идеи, с чем еще это может быть связано, буду рад шлифануть методику. Сам же я уже наверно, исчерпал идеи, как можно что-то еще улучшить - копаюсь уже давно и глаз замылился, что называется..

Также прикладываю cae-file, в нем зашито три модели:

1) Model-1 - линейный анализ;

2) Model-2 - нелинейный анализ методом Ньютона-Рафсона;

3) Model-3 - нелинейный анализ методом Ритца.

 

Криплинг.pptx

Cripling.zip

Если можно, прокомментируйте почему приняли magnitude of imperfection=0.1048 ?

Изменено 6 марта 2018 пользователем Aleksandr_lhm_geo

[Aleksandr_lhm_geo 0]

3 часа назад, Aleksandr_lhm_geo сказал:

Если можно, прокомментируйте почему приняли magnitude of imperfection=0.1048 ?

Приношу извинения. Нашел.