Параметры контакта при Large Deflection

[Salmon 5]

Доброго времени суток!

В Ansys Static Structural решаю нелинейную задачу прессования пирамиды, с одной из граней которой имеется слой другого материала. Суть задачи сводится к перемещению верхней пластины пресса и пластическому деформированию пирамиды. Геометрия задана симметрично. Решение с frictionless contact хорошо сходится, но дает нефизичный результат (деформации верхней площадки нагружаемой пластины заметно выше чем в эксперименте, она слишком сильно расширяется "на распор", при этом боковые грани не "затекают" вверх и не касаются пластины пресса. Испытуемое тело должно стать меньше высотой, при этом верхняя площадка должна увеличиться частично за счет растяжения первоначальной площадки, частично - за счет того, что ее начнут окружать вдавленные боковые грани. (По опытам была скорее призьма, стала сильно усеченной пирамидой).
Моделирование с frictional contact стопорится с основными ошибками " Element 3683 located in Body "solid" (and maybe other elements) has become highly distorted... ", "An error occurred when the post processor attempted to load a specific result. Please review all messages."
ерхняя и нижняя пластины - rigit. Нижний контакт с пластиной - bonded, нижняя площадка тела закреплена fixed support (в жизни правтически не меняется). Верхняя площадка и боковые грани контактируют с верхней пластиной посредством frictional contact. Подозреваю, что проблемы начинаются когда боковые площадки пытаются "перетечь" к верхней пластине, но настройки сделать это корректно не дают. 
Пока настойки верхнего контакта: frictional, asymmetric, small slidinf - off, interface treatment - "ass offset, no ramping", offset -  0 mm. Проверка contact tool ошибки не подсвечивает (2 белых (+2 серых) контакта).   
Ссылка на скрин модели с подсвеченным проблемным элементом https://disk.yandex.ru/i/aIvcPCRoisdV_w
Ссылка на настройки верхнего контакта https://disk.yandex.ru/i/3gm2_2Kg2ymmTA
Основные предупреждения и ошибки https://disk.yandex.ru/i/lP8Us5u9MB31Bg
Текстовый файл Solver output https://disk.yandex.ru/d/R0PEoQQJwfkj2w
Пример сошедшейся задачи с frictionless (не физично, без перетекания боковых сторон на верхнюю пластину, только расширяется верхняя площадка) https://disk.yandex.ru/i/BaeGZOEEAN_9ug
С уважением. Очень надеюсь на Вашу помощь.  

[AlexArt 278]

Очевидно, сетка грубая. Нужно в области деформации измельчить, скругление добавить.

В идеале делать remesh - но это очень ресурсоемкая операция.

Есть ещё различные опции и решатели.

Кажется, в старых справках Ансиса были разобранные примеры. Последний раз искал, чет не нашел. Мож плохо искал.

[Salmon 5]

@AlexArt, спасибо! Буду пробовать. К сожалению, слишком сильно сетку не замельчить, компьютер не потянет. Скругление обязательно добавляю. 

[AvatarSTR 2]

Только что, Salmon сказал:

@AlexArt, спасибо! Буду пробовать. К сожалению, слишком сильно сетку не замельчить, компьютер не потянет. Скругление обязательно добавляю. 

Извините за оффтоп, а подскажите, какие характеристики вашего компьютера?

[Salmon 5]

16 минут назад, AvatarSTR сказал:

Извините за оффтоп, а подскажите, какие характеристики вашего компьютера?

Только вечером смогу посмотреть остальное . 16 Гб оперативной, вроде уже не много

Ещё очень сильно беспокоит вопрос. Как считает программа, если по одному из материалов в детали (малый слой как здесь), напряжения выйдут за допустимые для данного материала величины? Элементы из такого материала автоматически приобретают нулевую жёсткость и расчёт спокойно продолжается для части, которая ещё не достигла предела прочности? Не нужно задавать death элементов? 

[Salmon 5]

12 часов назад, AvatarSTR сказал:

Извините за оффтоп, а подскажите, какие характеристики вашего компьютера?

Intel(R) Core(TM) i7, 3.60GHz

[AvatarSTR 2]

15 часов назад, Salmon сказал:

Только вечером смогу посмотреть остальное . 16 Гб оперативной, вроде уже не много

Ещё очень сильно беспокоит вопрос. Как считает программа, если по одному из материалов в детали (малый слой как здесь), напряжения выйдут за допустимые для данного материала величины? Элементы из такого материала автоматически приобретают нулевую жёсткость и расчёт спокойно продолжается для части, которая ещё не достигла предела прочности? Не нужно задавать death элементов? 

Я совсем не разбираюсь, но по своим личным наблюдениям, у меня в такие моменты солвер крашился и на анимировании того, что всё-таки посчиталось, происходило "нечто"

[Orchestra2603 224]

On 3/4/2024 at 8:57 AM, Salmon said:

Как считает программа, если по одному из материалов в детали (малый слой как здесь), напряжения выйдут за допустимые для данного материала величины?

Не совсем понятно, что вы понимаете под "допустимыми" величинами. У вас же упруго-пластический расчет? Если вы задали какое-то упрочнение на диаграмме сигма-эпсилон, то каждому значению напряжений будет соответствовать какое-то значение деформации. Если нет упрочнения, т.е. у вас идеально-упруго-пластическая диаграмма, то напряжения никак не смогут превысить предел текучести. Если я ничего не проспал за последние годы, то element death/erosion настраивается отдельно. По умолчанию, у вас нигде жесткость не обнуляется, пока вы это не зададите сами. Можете сами посмотреть туториалы.

 

В целом, фраза "has become highly distorted"  говорит сама за себя - нужно работать с сеткой! Попробуйте adaptive remeshing. Возможно, придется помучиться.

 

 

Изменено 5 марта пользователем Orchestra2603

[Salmon 5]

@AlexArt , большое Вам спасибо за данные советы, особенно за remeshing! Оказалось, что с добавлением скругления верхней правой кромки, замельчения у нее сетки и remeshing исчезли все ошибки и практически все предупреждения. Перетекать боковые грани наконец-то начали на верхнюю пластину пресса. К сложалению, пока не достигнута достаточная сходимость с опытом (нужно, как мне кажется, доработать вопрос с коэффициентом трения, что сейчас пытаюсь сделать). Frictionless не позволяет добиться нужной геометрии образца после испытаний.

[AlexArt 278]

@Salmon, пожалуйста, избитая тема. Тут многие кто мог вам тоже самое написать.

Соотнесение опыта с теорией - это отдельная тема. Сложная и многогранная. Успехов!

[Salmon 5]

21 час назад, Orchestra2603 сказал:

Не совсем понятно, что вы понимаете под "допустимыми" величинами. У вас же упруго-пластический расчет? Если вы задали какое-то упрочнение на диаграмме сигма-эпсилон, то каждому значению напряжений будет соответствовать какое-то значение деформации. Если нет упрочнения, т.е. у вас идеально-упруго-пластическая диаграмма, то напряжения никак не смогут превысить предел текучести. Если я ничего не проспал за последние годы, то element death/erosion настраивается отдельно. По умолчанию, у вас нигде жесткость не обнуляется, пока вы это не зададите сами. Можете сами посмотреть туториалы.

 

В целом, фраза "has become highly distorted"  говорит сама за себя - нужно работать с сеткой! Попробуйте adaptive remeshing. Возможно, придется помучиться.

 

 

@Orchestra2603, большое спасибо! Действительно, не может (перепроверила эквивалентные напряжения по Мизесу, максимум равен пределу прочности). До этого, видимо, перепутала и выводила напряжения только для основного материала). 

Да, задавала Multi linear Isotropic Hardening для обоих материалов. Для того, что тонкий слой (очень хрупкий) данная кривая крайне короткая (предел текучести и прочности практически равны).

Не понимаю на самом деле, как программа считает (не совсем связано с моей специальностью, но теперь стало необходимым разбираться). В основном материале напряжения уже более чем в 2 раза превышают предел прочности материала тонкого слоя. В тонком слое - напряжения максимальные эквивалентые равны пределу прочности. По факту хрупкий материал частично разрушился, частично остался (в оставшейся части, поскольку её не "передавливает/тянет" фактически разрушившаяся часть, напряжения в жизни ниже предела текучести (по опыту видно - не разрушается). Как быть, чтобы это смоделировать? Получается посредством death элементов, которые дошли до предела текучести или прочности, либо по какому-то другому критерию (согласование с опытом)? Правильно ли я понимаю? 

 

Ещё, если можно, поясните, пожалуйста, а как вёлся бы расчёт, если бы задавались не нелинейные свойства, а один из материалов остался линейным (без bilinear/multi linear isotropic hardening).Для обычных линейных материалов ведь тоже задаются пределы текучести и прочности. Как программа понимает какие пластические деформации происходят между пределами текучести и прочности? А если не понимает, зачем для линейных материалов предусмотрен предел прочности? Извините, пожалуйста, за такой глупый вопрос. 

[Orchestra2603 224]

@Salmon : сложно без какой-то схемы понимать всю вашу задачу, так что если где-то я не так понял что-то - извините. Так вот...

On 3/6/2024 at 7:28 AM, Salmon said:

Не понимаю на самом деле, как программа считает

Если вы не добавляете всяких дополнительных "наворотов", то ANSYS, как и любой дрйгой пакет, решает задачу о деформировании сплошной среды. Априрори, солвер  даже не рассматривает никакого разрушения. Всего навсего, решается задача лишь о деформировании с учетом тех законов между тензорами напряжениями и деформаций, которых задал юзер. В этом смысле предел прочности напрямую не вносит в модель никакого моделирования разрушения. Иногда в некоторых моделях пластичности его удобно использовать, чтобы определить, например, эквивалентный касательный модуль или другие параметры самой модели пластичности.

 

On 3/6/2024 at 7:28 AM, Salmon said:

как программа понимает какие пластические деформации происходят между пределами текучести и прочности

Суммарные деформации складываются из упругих (по закону Гука) и пластических, чьи приращения как раз и вычисляются при приращении внешней нагрузки за пределом текучести согласно теории пластичности. При этом вы можете выбрать разные варианты и разные модели пластичности. 

Будьте осторожны при использовании термина "линейный-нелинейный". Общепринято говорить о линейности в том смысле, что соотношения между внешними нагрузками и параметрами отклика (перемещения, деформации, реакции и т.д.) сохраняют линейность. Любая пластичность, даже без упрочнения, как, например, по Прандтлю, она всегда нарушает эту линейность, потому что пропадает линейность соотношений между напряждениями и деформациями (закон Гука больше не работает). И неважно, диаграмма сигма-эпсион у вас линеаризована или нет. Это несущественно. Вид диаграммы влияет сугубо на то, насколько подробно и с какой точностью вы отразите в расчете пластические свойства вашего материала в сравнении с каким-то "опорным" экспериментом.

 

On 3/6/2024 at 7:28 AM, Salmon said:

тонкий слой (очень хрупкий) данная кривая крайне короткая (предел текучести и прочности практически равны).

Сложно понимать без картинки. В целом скажу, что у хрупких матреилов вррбще отсутствует пластичность. Можно сказать, что у них предел текучести  - это и есть предел прочности.

 

On 3/6/2024 at 7:28 AM, Salmon said:

По факту хрупкий материал частично разрушился, частично остался (в оставшейся части, поскольку её не "передавливает/тянет" фактически разрушившаяся часть, напряжения в жизни ниже предела текучести (по опыту видно - не разрушается). Как быть, чтобы это смоделировать?

Разрушение хрупких материалов при сжатии - штука очень непростая. Нужно хорошо понимать, что это за материал и как он себя ведет. Бетон, стекло или какой-то композит ведут себя сильно по-разному. Тем более, что у вас с ваших слов там очень тонкий слой, а значит физические возможности для трещинообразования в тонком слое небольшие. Там может и микроструктура самого материала иметь значение. Короче, тут внимательно надо к этому подходить. У вас есть какие-то данные именно по материалу этого слоя? Может, испытания какие-то делали? Можно конечно подключить element death, но ведь нужно будет какой-то критерий "отключения" элементов назначить. А от выбора этого критерия могут зависеть и результаты расчета. Его надо назначать исходя из понимания того, как на самом деле разрушается этот слой.

 

On 3/6/2024 at 7:28 AM, Salmon said:

Извините, пожалуйста, за такой глупый вопрос.

Не за что извиняться. Вы пытаетесь в чем-то разобраться, докопаться до истины, и это похвально! Спрашивайте еще! 

Чтобы некоторые базовые вещи хорошо в голове улеглись, конечно неплохо было бы почитать книжки какие-то по теории упругости и/или теории пластичности. Про метод конечных элементов тоже. Люди на это тратят годы в ВУЗах :) 

 

 

 

 

 

[Salmon 5]

@Orchestra2603, спасибо большое за развернутый ответ! Буду учиться и пробовать решить задачу ))