Температурные напряжения в SolidWorks

[bogdan21 0]

Подскажите пожалуйста, почему при расчёте в SolidWorks свободной пластины под действием температуры возникают напряжения, а деформации при этом практически нулевые. А ведь должно быть наоборот. Т. к. пластина ничем не ограничена, то в ней будут возникать только деформации, а напряжений не будет.

[si-64 21]

Я не эксперт но хочется поумничать) деформации все таки есть? значит и напряжения должны быть. Деформация - следствие воздействия, в данном случаи от напряжений. Если тело не ограниченно то это не значит что в нем нет напряжений.

[karachun 2 038]

@bogdan21 опишите задачу более полно. Что это за анализ (статика или переходный процесс), какие нагрузки прикладывали, что получили в результате. Можете приложить скриншоты или модель.

Если температура всей модели одинакова и решается статическая задача то такого быть он должно, деталь просто равномерно увеличится или уменьшится.

9 минут назад, si-64 сказал:

деформации все таки есть? значит и напряжения должны быть

Если положить болт в печь то его линейные размеры увеличатся но никаких напряжений не возникнет.

22 часа назад, bogdan21 сказал:

Т. к. пластина ничем не ограничена, то в ней будут возникать только деформации, а напряжений не будет.

Это правильно, если в вашей модели так не происходит значит вы где-то напортачили.

[karachun 2 038]

@bogdan21 Посчитал тестовую пластину. В результате получил незначительные напряжения порядка одной миллионной Паскаля. Если вы подразумевали эти напряжения то это результат ошибок округления. они пренебрежительно малы, их можно и нужно игнорировать.

Изменено 9 октября 2020 пользователем karachun

[bogdan21 0]

@karachun Это статика. К пластине прикладывал только температуру. Вот напряжения:

А вот деформации:

[karachun 2 038]

@bogdan21 Приложите тогда и модель, так быть не должно.

[bogdan21 0]

@karachun https://drive.google.com/file/d/1cfr5uRzGFPtJeOijfbxY6nawd83TSVjM/view?usp=sharing

[Fedor 1 605]

Несложно показать что существуют  движения когда в глобальном смысле тело деформируется то есть увеличивается в размерах, а тензоры деформаций будут нулевыми. Для этого достаточно приравнять все компоненты нулю и найти такие перемещения из дифференциальных уравнений. Они существуют при перемещениях связанных кососимметричным преобразованием плюс константы. В частности термоупругость так устроена что при разумных ограничениях тело увеличивается в размерах и нет напряжений.   Еще пример - закрепить тело так чтобы оно могло вращаться вокруг пары точек и задать точке вне этой пары смещение в ортогональном направлении к радиусу для вращения . Так удобно проверять качество моделей нет ли проблем с обусловленностью матрицы жесткости  :) 

[soklakov 1 477]

36 минут назад, Fedor сказал:

Еще пример - закрепить тело так чтобы оно могло вращаться вокруг пары точек и задать точке вне этой пары смещение в ортогональном направлении к радиусу для вращения .

и что - оно будет увеличиваться в размерах?

[karachun 2 038]

@bogdan21 Файл создан в новой версии вам повезло, я понял где была ошибка.

Так как это объемная геометрия то если прикладывать температуру только по поверхностям то останутся узлы, внутри геометрии, на которые нагрузка не приложится. Получается сто поверхность пластины горячая а сердцевина - холодная. От этого и получаются огромные напряжения.

 

Я пока придумал такой вариант решения этой проблемы.

Сперва создается термическое исследование (Thermal). Там к любой грани прикладывается нужная температура. По результатам расчета у всех узлов температура будет равна приложенной. теперь создается статический анализ, и в качестве нагрузки выбирается результат термического анализа. Вот теперь ко всем узлам приложена одинаковая температура.

Собственно это нормальный рабочий процесс решения задач термопругости. Обычно интересующие детали имеют градиент температуры а не одно значение и этот градиент и вызывает напряжения.

Plate.SLDPRT

Изменено 9 октября 2020 пользователем karachun

[piden 2 874]

27 minutes ago, karachun said:

Я пока придумал такой вариант решения этой проблемы.

@bogdan21,

В СВ вроде F5 или F6 нажимаешь - появляется фильтр для выбора примитивов. Нужно включить фильтр для тел и выбрать тело, к которому приложить тепловую нагрузку.

И это точно не первая, и не вторая тема на этом форуме с подобной проблемой...

[karachun 2 038]

@piden Спасибо, я про этот фильтр не знал.

[Fedor 1 605]

11 часов назад, soklakov сказал:

и что - оно будет увеличиваться в размерах?

Да. Проверьте. Только для линейной теории упругости, а вот для нелинейных деформаций этого уже не будет

 

 

Изменено 10 октября 2020 пользователем Fedor

[soklakov 1 477]

1 час назад, Fedor сказал:

Да. Проверьте. Только для линейной теории упругости, а вот для нелинейных деформаций этого уже не будет

это визуальный эффект,а не увеличение в размерах. совсем не тоже самое, что температурный нагрев или радиационное распухание. с учетом нелинейных деформаций вы просто не будете строить большой масштаб, который и искажает картинку.

[bogdan21 0]

@karachun Спасибо!  Но теперь возникает вопрос по поводу деформаций. На сколько я знаю, деформации при нагревании не ограниченного тела вычисляются по формуле:

 εT=αT·(T-T0), где αT- коеф. теплового расширения, а T и T0- начально и конечное значение температуры.αT=1,3*10-5  (для стали), а T0=25°C - температура при нулевой деформации

И деформации в solidworks получаются намного меньше, чем должны быть теоретически. В чём тут может быть подвох?

 

 

[karachun 2 038]

@bogdan21 Я не могу утверждать что в такой задаче будут одинаковые отн. деформации, тем более на нерегулярной сетке. Даже если вывести strain по направлениям.

 

εT также определяется как (L_total - L_init)/L_init. так что сравнивайте ваши расчеты с изменением линейных размеров детали.

И еще, лучше вместо слабых пружин используйте три скользящих закрепления по взаимно перпендикулярным плоскостям.

Или закрепляйте модель по трем узлам, по методу 3-2-1.

https://www.digitalengineering247.com/article/free-floating-fea-models

[Fedor 1 605]

3 часа назад, soklakov сказал:

это визуальный эффект,а не увеличение в размерах. совсем не тоже самое, что температурный нагрев или радиационное распухание. с учетом нелинейных деформаций вы просто не будете строить большой масштаб, который и искажает картинку.

Ну какой там визуальный если расстояние между двумя точками меняется :)

[soklakov 1 477]

В 10.10.2020 в 15:11, Fedor сказал:

Ну какой там визуальный если расстояние между двумя точками меняется :)

это масштаб. старая тема, неинтересно. сами же написали - если будете считать в нелинейщине, да масштаб одинарный смотреть - все ок будет

[Fedor 1 605]

Лень повторяться. Где-то тут уже описывал этот эффект для линейных задач :)

Просто найдите движения при которых тензор линейных деформаций будет нулевым. Задайте такое движение для любого тела и убедитесь что при поворотах будет пухнуть. Можете называть это масштабированием если хочется. Но тогда и температурные расширения подобного рода называйте так же :)

[Fedor 1 605]

Решите например такую задачку и убедитесь что брусок распухнет при нулевых деформациях  :)

Изменено 14 октября 2020 пользователем Fedor