Статический расчет рамы из стальных токостенных профилей

[GrandArmand 9]

Добрый день форумчане!

 

История следующая. Смоделировал в SOLIDWORS модель рамы из тонкостенных стальных гнутых профилей. В SIMULATION добавил крепления, нагрузки, с горем пополам построил сетку конечных элементов. SW выполнил расчет. В результате получил информацию по напряжениям и перемещениям. Меня сильно смущает не деформированный наружный контур рамы. У меня есть сомнения в правильности приложенных закреплений, а именно в применении закрепления "Шарнир" которым я попытался воспроизвести реальное закрепление от болтового соединения, по причине того что считать с добавленными болтами и гайками SW матерится и отказывается. Прошу гуру проверить мою модель, результаты расчета, и сильно меня не пинать, ибо новичок в SIMULATION. Заранее благодарю!

Модель доступна по ссылке ниже. Файл "RAMA".

https://drive.google.com/file/d/1VXw9pDDJEjeJBKh3NhDLDocB2H4i4Ckh/view?usp=sharing

[kolo666 253]

@GrandArmand пожалуйста, выложите скриншот с описанием закреплений, какие именно они должны быть?

[kolo666 253]

@GrandArmand а вот это так задумано?

 

[karachun 2 038]

@kolo666 Балка бракованная попалась)

[kolo666 253]

В 11.06.2020 в 11:51, GrandArmand сказал:

Меня сильно смущает не деформированный наружный контур рамы.

Он недеформированный, потому что вы на него наложили жесткие ограничения, так называемые в Simulation "Зафиксированный шарнир" и "Ползун", вместо болтового соединения. 

 

В 11.06.2020 в 11:51, GrandArmand сказал:

с горем пополам построил сетку

Здесь точно подметили, по такой сетке можно оценить только перемещения. Для напряжений нужно около 3ех объемных элементов на толщину листа. Если будете моделировать такое солидами в Simulation, то ваша модель должна состоять из нескольких миллионов элементов. Точное количество элементов в таком случае даже страшно представить. 

 

Инженерный подход гласит делать вашу модель пластинами. Выйдет не более 250 000 пластинчатых элементов даже при самом подробном моделировании. И считаться это дело будет минуту на офисном ноутбуке для пасьянса.

 

Mady by Femap (30 min):

 

Модель в СИ. Максимальные перемещения 2.88 см:

 

 

По напряжениям мне не нравится зона в области закреплений. Даже с учетом различных эффектов вызванных близостью к жесткой заделке, как то многовато паскалей. 

 

 

@karachun Саша, присоединяйся в беседе)

 

Модель в Femap: rama.7z

В 11.06.2020 в 11:51, GrandArmand сказал:

ибо новичок в SIMULATION

Еще не поздно рассмотреть альтернативные решения, если действительно вам эта тема интересна. Я вам как специалист по Simulation со "справкой" ответственно заявляю)

Изменено 12 июня 2020 пользователем kolo666

[karachun 2 038]

2 часа назад, kolo666 сказал:

Саша, присоединяйся в беседе)

Да вроде как все уже сделано, модель замешена и посчитана.

2 часа назад, kolo666 сказал:

По напряжениям мне не нравится зона в области закреплений. Даже с учетом различных эффектов вызванных близостью к жесткой заделке, как то многовато паскалей.

Если включить мат. нелинейность то этому месту должно полегчать.

[kolo666 253]

36 минут назад, karachun сказал:

Если включить мат. нелинейность то этому месту должно полегчать.

Не очень полегчало.

 

 

 

[GrandArmand 9]

17 часов назад, kolo666 сказал:

@GrandArmand пожалуйста, выложите скриншот с описанием закреплений, какие именно они должны быть?

Закрепления должны быть следующие:

1. Рама должна быть жестко закреплена по четырем квадратным опорным поверхностям, которые расположены по углам.

2. Внутренние балки должны крепиться через четрые болтовые соединения (по два болта на сторону) к продольным балкам образу наружного контура. 

[karachun 2 038]

33 минуты назад, kolo666 сказал:

Не очень полегчало.

Значит нужно привлекать СП 16,13330. ну или немного усилить место крепления.

[GrandArmand 9]

7 часов назад, kolo666 сказал:

@GrandArmand а вот это так задумано?

 

Да, так задумано. Здесь у профиля балки вырезана четверть с двух концов и произведено усиление холодногнутым швеллером и вертикальным ребром.

4 часа назад, kolo666 сказал:

Цитата

Он недеформированный, потому что вы на него наложили жесткие ограничения, так называемые в Simulation "Зафиксированный шарнир" и "Ползун", вместо болтового соединения. 

 

Здесь точно подметили, по такой сетке можно оценить только перемещения. Для напряжений нужно около 3ех объемных элементов на толщину листа. Если будете моделировать такое солидами в Simulation, то ваша модель должна состоять из нескольких миллионов элементов. Точное количество элементов в таком случае даже страшно представить. 

 

Инженерный подход гласит делать вашу модель пластинами. Выйдет не более 250 000 пластинчатых элементов даже при самом подробном моделировании. И считаться это дело будет минуту на офисном ноутбуке для пасьянса.

 

Mady by Femap (30 min):

 

Модель в СИ. Максимальные перемещения 2.88 см:

 

 

По напряжениям мне не нравится зона в области закреплений. Даже с учетом различных эффектов вызванных близостью к жесткой заделке, как то многовато паскалей. 

 

 

@karachun Саша, присоединяйся в беседе)

 

Модель в Femap: rama.7z

Еще не поздно рассмотреть альтернативные решения, если действительно вам эта тема интересна. Я вам как специалист по Simulation со "справкой" ответственно заявляю)

Цитата

Он недеформированный, потому что вы на него наложили жесткие ограничения, так называемые в Simulation "Зафиксированный шарнир" и "Ползун", вместо болтового соединения. 

Посоветуйте пожалуйста (или ткните в видеоролик где это реализовано) каким образом сымитировать болтовое соединение? С помощью закреплений ? С помощью соприкосновений?

 

За совет изучить FEMAP благодарю. Я начинал пользоваться методом конечных элементов еще в приложении Компас FEM. Но всё что связано с Компасом безнадежно глючное и тормозное. Поэтому вот как неделю уже изучаю SIMULATION. И честно говоря пока в восторге. Но FEMAP запланирую себе изучить.

[GrandArmand 9]

5 часов назад, kolo666 сказал:

Для напряжений нужно около 3ех объемных элементов на толщину листа. Если будете моделировать такое солидами в Simulation, то ваша модель должна состоять из нескольких миллионов элементов. Точное количество элементов в таком случае даже страшно представить. 

 

Инженерный подход гласит делать вашу модель пластинами. Выйдет не более 250 000 пластинчатых элементов даже при самом подробном моделировании. И считаться это дело будет минуту на офисном ноутбуке для пасьянса.

Про 3 элемента на толщину стенки читал еще в руководстве APM FEM. Но почему то все видео в youtube пренебрегают этим правилом. На что влияет выполнение данного правила? На точность расчета? На правильность?

[karachun 2 038]

1 час назад, GrandArmand сказал:

Но почему то все видео в youtube пренебрегают этим правилом.

Кто же Вам будет в учебном видео все козыри раскрывать. Ну и некоторые начинают клепать видео сразу после того как сами узнали про мешинг. Вообще критично относитесь к разным вебинарам, иногда там встречается отборнейшая ахинея, в интернете никто никому не обязан предъявлять диплом или сертификат. Ну и иногда это не является целью вебинара, определить жесткость или собственные частоты можно и с одним элементом по толщине.

1 час назад, GrandArmand сказал:

На что влияет выполнение данного правила? На точность расчета? На правильность?

Смотрите, напряжения вычисляются в так называемых точках интегрирования или точках Гаусса (Gauss points) эти точки находятся внутри элемента. Потом уже из них напряжения интерполируются и экстраполируются для того чтобы получить напряжения в центре элемента и на узлах. В тетраэдре со срединными узлами (таким по умолчанию разбивается сетка в солидворксе) четыре точки интегрирования, в кубике без срединных узлов (часто используется в других кодах) восемь.

Вот и получается что на толщину при одном элементе будет две точки в которых определили напряжения а при трех элементах - уже шесть точек, что намного лучше. Если эпюра имеет сложную форму, например вблизи у фланцев, то одного элемента не хватит чтобы хоть как-то отобразить ее.

Только вот объемные элементы обычно используют для специфических задач, например при расчете сосудов под давлением. Они работают в условиях знакопеременных нагрузок, агрессивных сред и к ним предъявляются более жесткие требования и нормы требуют более подробного анализа.

Для Вашей задачи такой подход избыточен и даже вреден. Если заглянуть в СП 16.13330 то станет видно что для металлоконструкция достаточно обычного расчета в балочной постановке, как на уроках сопромата. Если хочется более подробно проверить места соединений то можно разбить модель оболочками, как это продемонстрировал @kolo666. У оболочек толщина это просто свойство элемента а напряжения вычисляются в двух точках - на верхней и нижней поверхности. Для металлоконструкция этого с лихвой достаточно.

В общем для понимания точности Метода Конечных Элементов можете всегда держать в голове такую идею что при расчеты для каждого элемента вычисляется только одно значение напряжения/отн. деформации в центре (это немного грубое приближение но здесь вранье идет в безопасную сторону), что происходит между элементами - неизвестно, это Terra Incognita и там водятся тигры. Так что если Вам нужно определить напряжения в мелкой детали, например в скруглении, размер элемента должен быть меньше размера детали.

Но помните что далеко не всегда нужно гнаться за локальными напряжениями, металлоконструкция не развалится от того что небольшой объем металла в углу или скруглении потечет, Это обычное явление которого невозможно избежать. Но нужно смотреть в нормы чтобы определить где это самое "немножко" заканчивается.

В общем для каждой задачи нужна своя сетка. Универсальной рекомендации на все случаи жизни нет.

Можете еще почитать шапку темы помощи начинающим, там как раз все это описано.

https://cccp3d.ru/topic/71215-полезные-советы-начинающим/

2 часа назад, GrandArmand сказал:

Здесь у профиля балки вырезана четверть с двух концов и произведено усиление холодногнутым швеллером и вертикальным ребром.

А тогда зачем Вы сделали две балки единым телом. Если это усиление идет по значительной части длинны балки то такое упрощение идет не в запас. При изгибе цельная балка удвоенной толщины в два раза прочнее двух балок одинарной толщины.

Изменено 12 июня 2020 пользователем karachun

[kolo666 253]

17 часов назад, GrandArmand сказал:

Посоветуйте пожалуйста (или ткните в видеоролик где это реализовано) каким образом сымитировать болтовое соединение? С помощью закреплений ? С помощью соприкосновений?

Кликаете правой кнопкой мыши "Соединения" и выбирает "Болт". Указываете две кромки отверстия. Все остальные параметры можно оставить по умолчанию.

 

 

 

 

 

19 часов назад, karachun сказал:

Значит нужно привлекать СП 16,13330. ну или немного усилить место крепления.

Что именно?

Изменено 13 июня 2020 пользователем kolo666

[kolo666 253]

36 минут назад, kolo666 сказал:

или ткните в видеоролик где это реализовано

 

[kolo666 253]

18 часов назад, GrandArmand сказал:

Но почему то все видео в youtube пренебрегают этим правилом

потому что почти все уроки по Simulation ведут конструктора, которые в лучшем случае знакомы с сопроматом, но не с МКЭ. А это разные навыки.

 

Рекомендую послушать наш плейлист: 

 

 

 

И еще причина, почему объемные элементы это последнее о чем задумывается расчетчик. Даже не такой сетке с 13(!!!) млн. узлов вы не получите верный результат для напряжений. Время решения страшно представить даже на хорошей рабочей станции. Вас может спасти сабмоделинг. Simulation это умеет, но от расчетчика требуется больших скилл, чем он предполагал запуская Simulation.

 

 

 

Изменено 13 июня 2020 пользователем kolo666

[ak762 307]

1 hour ago, kolo666 said:

Вас может спасти сабмоделинг. Simulation это умеет, но от расчетчика требуется больших скилл, чем он предполагал запуская Simulation.

впечатлеие по картинке что модель уже в Simulation и до сабмоделинг остался  всего один шаг

Может создать обучающее кино на основе этой модели как использовать сабмоделинг в СВ и если принять анализ в Фемап в качестве эталона который вероятно уже сужествует у вас, то заодно и сравнить результат анализа в СВ с эталоном 

[GrandArmand 9]

В качестве промежуточных итогов.

1. При создании сетки включаю управление для тонкостенных участков модели и слежу чтобы в сечении умещалось не менее 3х конечных элементов, т.е. если стенка у меня 2мм, значит сторона элемента должна быть не менее 0,6мм.

2. Болтовые соединения создаю прямо в процессе исследования, выбирая соединение кромок типа "Болт".

3. Изучаю FEMAP.

4. С нетерпением жду от гуру обучающий видеоролик по саб моделингу в SW.

Ничего не упустил?

 

В понедельник проверю расчетные мощности рабочей станции. Попробую создать сетку по всем правилам и запустить расчет.

[karachun 2 038]

37 минут назад, GrandArmand сказал:

1. При создании сетки включаю управление для тонкостенных участков модели и слежу чтобы в сечении умещалось не менее 3х конечных элементов, т.е. если стенка у меня 2мм, значит сторона элемента должна быть не менее 0,6мм.

Используйте оболочки, сильно сэкономите число элементов.

[kolo666 253]

4 часа назад, ak762 сказал:

качестве эталона который вероятно уже сужествует у вас

без вероятно, просто существует)

2 часа назад, GrandArmand сказал:

1. При создании сетки включаю управление для тонкостенных участков модели и слежу чтобы в сечении умещалось не менее 3х конечных элементов, т.е. если стенка у меня 2мм, значит сторона элемента должна быть не менее 0,6мм.

я вам сетку показал из 13 млн. узлов, а там сторона элемента была 5 мм. Со стороной 0,6 мм вы будете ждать результатов неделю, если вообще дождетесь.

2 часа назад, GrandArmand сказал:

3. Изучаю FEMAP.

вот здесь все верно!)

2 часа назад, GrandArmand сказал:

4. С нетерпением жду от гуру обучающий видеоролик по саб моделингу в SW.

а чего ждать то?: 

 

Изменено 13 июня 2020 пользователем kolo666

[karachun 2 038]

28 минут назад, kolo666 сказал:

Со стороной 0,6 мм вы будете ждать результатов неделю, если вообще дождетесь.

Если представить что солид умеет мешить кубиками то объем одного элемента получается 0.6^3=0.216 кубического миллиметра. Объем всей сборки 0.06 м3 или 60 000 000 мм3. Делим объем сборки на объем одного элемента и получаем 300 миллионов элементов.

Такая сетка не взлетит.