Сингулярность

[Jeckar 0]

Немного другое, но тоже интересное

<noindex>Механика разрушения в ANSYS Mechanical 14.5</noindex>

Уважаемые форумчане, на основе предыдущей моей темы я решил создать новую. А именно тему посвященную полностью сингулярности в распределении напряжений в статических задачах, методам их выявления (я сейчас не про то, где они могут появиться, а про то как четко их выявить, что это именно сингулярность, а не истинные напряжения, или ошибка, например не связанность сетки и т.д), методам их устранения. Я до этого работал COSMOSWorks, там как я понял этот вопрос не решен, и в связи с тем, что в последнее время у меня появилось много деталей с признаками сингулярности, я решил попробовать ANSYS, на данный момент умею пользоваться только Workbenchем. У меня есть книга ANSYS Механика разрушения, но она еще пока слишком сложна для меня, к тому же я не знаю языка APDL. Предпосылкой создания этой темы было новая функция Workbench 14,5 – Fracture. Я так понимаю это более простой заменитель, всего того что описано в книги ANSYS Механика разрушения? В общем , я хочу разобраться в этом.

Сингулярности описаны в литературе, обсуждены на форумах. Вот например CosmosWorks Алямовский описано, где может возникать сингулярность, но как устранить фактически ничего, кроме делать по крупней сетку (а на сколько не сказано?), и брать значение элемента, а не узла «короче размазывать ошибку по конечному элементу», избавлять от жестких заделок и соединителей, ну и скруглять острые грани (с этим я не согласен, в моем случае если я скруглю еще хуже будет, конечные элементы в этом месте плохо станут)

Исходя из написанного я хочу задать некоторые вопросы?

1. Вот в моем случае, это сингулярность? (это сварная деталь) К моей детали применима книга ANSYS Механика разрушений и вкладка Fracture в Workbench? Данный непровар является трещиноподобным дефектом?

2. Трещина и трещинаподобный дефект это одно и то же? ( т.е в книге ANSYS Механика разрушений трещины рассчитываться только исходя из геометрических характеристик?)

3. Как выявлять четко, что это именно сингулярность?

4. Что такое сингулярная сетка?

5. Если я переход от шва к непровару сделаю прямоугольный или посчитаю с нулевой толщиной , там будет сингулярность?

[Дмитрий Фролов 0]

1. Вот в моем случае, это сингулярность? (это сварная деталь) К моей детали применима книга ANSYS Механика разрушений и вкладка Fracture в Workbench? Данный непровар является трещиноподобным дефектом?

2. Трещина и трещинаподобный дефект это одно и то же? ( т.е в книге ANSYS Механика разрушений трещины рассчитываться только исходя из геометрических характеристик?)

3. Как выявлять четко, что это именно сингулярность?

4. Что такое сингулярная сетка?

5. Если я переход от шва к непровару сделаю прямоугольный или посчитаю с нулевой толщиной , там будет сингулярность?

1. Если при сгущении сетки напряжения там бесконечно растут и не выходят на определенный уровень, то это сингулярность. Непонятно только эта область находится в пределах одного тела или двух? Просто WB не осредняет значения напряжений в узлах, которые принадлежат двум разным телам. Поэтому трещину нужно моделировать в пределах одного тела.

2. Меня конечно могут поправить знающие люди, но на мой взгляд, это близкие понятия, т.к. оба представляют опасность для конструкции. Хоть они и образовались из-за разных причин.

3. Использовать инструмент Convergence. Если кривая будет стремится вверх, то сингулярность, если вправо - то нет.

4. Сингулярная сетка в данном случае - сетка с концентратором напряжений в вершине трещины. Строилась при использовании старых команд для механики разрушения, типа KCALC. Никогда ей не пользовался, поэтому больше сказать не могу.

5. Не совсем понял суть вопроса..

Ну и базовые рекомендации по борьбе с сингулярностями: избегать острых углов в геометрии (и сетке соответственно), избегать точечных нагрузок и жестких закреплений. В последнем случае можете воспользоваться Remote Displacement с поведением Deformable.

[soklakov 1 479]

А еще можно пластику включать :)

[Jeckar 0]

1. Если при сгущении сетки напряжения там бесконечно растут и не выходят на определенный уровень, то это сингулярность. Непонятно только эта область находится в пределах одного тела или двух? Просто WB не осредняет значения напряжений в узлах, которые принадлежат двум разным телам. Поэтому трещину нужно моделировать в пределах одного тела.

2. Меня конечно могут поправить знающие люди, но на мой взгляд, это близкие понятия, т.к. оба представляют опасность для конструкции. Хоть они и образовались из-за разных причин.

3. Использовать инструмент Convergence. Если кривая будет стремится вверх, то сингулярность, если вправо - то нет.

4. Сингулярная сетка в данном случае - сетка с концентратором напряжений в вершине трещины. Строилась при использовании старых команд для механики разрушения, типа KCALC. Никогда ей не пользовался, поэтому больше сказать не могу.

5. Не совсем понял суть вопроса..

Ну и базовые рекомендации по борьбе с сингулярностями: избегать острых углов в геометрии (и сетке соответственно), избегать точечных нагрузок и жестких закреплений. В последнем случае можете воспользоваться Remote Displacement с поведением Deformable.

1. В моем случае одно тело.

2. Понятно т.е. получается в данной книге все рекомендации, и коэффициенты одинаковы как для реальный трещины, так и для трещиноподобного дефекта (в моем случае непровар) ?

3. А где найти этот инструмент? (Convergence)

4. Как я понимаю вы счас говорите про старый интерфейс ANSYS? Я им пользоваться не умею. А в Workbenche ее можно создать?

5. Прямоугольный переход 1 рисунок, нулевой толщины 2, т.е зазор равен 0(правда во 2 случае это сборка, по другому наверное сделать никак нельзя)

Все эти рекомендации я знаю. Только как избежать острого угла, когда у меня он есть?

В общем у меня 4 вариата расчета:

1. C острым углом (как в картинке в первом моем сообщении)

2. С пряпоугольным переходом от шва, к непровару (рис. 1)

3. С нулевой толщиной зазора (рис. 2)

4. Либо тут требуются специальные методы Механики разрушения, описанные в книге ANSYS Механика разрушения, и в вкладке Fracture?

Какой расчет даст более правдивые результаты?

А еще можно пластику включать :)

Это Вы счас про эластичные закрепления? Или про что?

Изменено 11 декабря 2012 пользователем Jeckar

[soklakov 1 479]

Какой расчет даст более правдивые результаты?

Любой расчет это приближение, аппроксимация реальности. Даже имея в руках инструмент непосредственного моделирования реальности (эксперимент), Вы все равно получаете разброс результатов и для будущих предсказаний используете усреднение и другие методы статистической обработки данных.

Выбор методов моделирования реальности целиком и полностью обусловлен целью исследования. Целью исследования не может быть определение напряжений. Напряжения - модель. В реальности атомы и электроны(да и те модель).

В отдельных случаях Вы полностью игнорируете сигулярность, в других достаточно использовать пластическое поведение материала, в третьих моделируете трещину, а иногда вынуждены использовать эксперимент.

До тех пор пока Вы не озвучили задачу, нельзя сказать насколько точное решение Вас устроит и какое приближение допустимо. Если же Вас интересует максимальная точность без привязки к задаче, то выбирайте эксперимент.

Это Вы счас про эластичные закрепления? Или про что?

Про учет пластичности материала.

[Jeckar 0]

Любой расчет это приближение...

Выбор методов моделирования реальности целиком и полностью обусловлен целью исследования...

Про учет пластичности материала.

Да, Вы правы любой расчет - это приближение, так оно и есть, и лучше эксперимента ничего еще не придумали, и я их потом буду делать, но у меня случаеться такое, что я посчитаю разными методами, и максимальные напряжения выскакивают в разных точках. Моя задача: Я комбинирую типоразмеры сварного соединения и шва, с целью найти оптимальные варианты сварки, исходя из эпюры напряжений, например если по краям сварного шва напряжения больше а к центру они снижаються я рекомендую по краям делать катет больше а в центре меньше, и мне надо не только узнать какое лучше, но еще узнать за счет чего. Как в Ансисе учесть пластичность? И снимиться сингулярность при этом?

Изменено 11 декабря 2012 пользователем Jeckar

[soklakov 1 479]

Как в Ансисе учесть пластичность? И снимиться сингулярность при этом?

В Engeneering Data задать соответствующие свойства. Да.

По задаче. Если я правильно понял, сверху и снизу - свариваемые детали. А треугольник - сварной шов. Отсюда следующие комментарии:

1. В той области, о которой Вы так много думаете, нет острых углов из-за сил поверхностного натяжения. Но радиусы Вы не знаете и знать не можете, разве что вероятностные характеристики.

2. Материал шва, основного и отожженного материала Вы пока полагаете одинаковым. Это стоит помнить.

3. Трещины там изначально нет.

4. еще что-то в таком же духе.

Итого, так или иначе материал на острие потечет. Вопрос как далеко "расплывется" пластическая область. Если распространится на Все сечение шва - соединение разрушится. Так что я бы в этом направлении считал. Естественно, предполагая, что речь идет о статическом одноразовом нагружении. Если у Вас в вертикальном направлении многоцикловое нагружение, то лучше вообще избавиться от такого соединения.

[Jeckar 0]

В Engeneering Data задать соответствующие свойства. Да.

По задаче. Если я правильно понял, сверху и снизу - свариваемые детали. А треугольник - сварной шов. Отсюда следующие комментарии:

1. В той области, о которой Вы так много думаете, нет острых углов из-за сил поверхностного натяжения. Но радиусы Вы не знаете и знать не можете, разве что вероятностные характеристики.

2. Материал шва, основного и отожженного материала Вы пока полагаете одинаковым. Это стоит помнить.

3. Трещины там изначально нет.

4. еще что-то в таком же духе.

У меня сталь стандартная - Structural Steel из вкладки General Materials, я так понимаю надо добавить, что-то из вкладки Plasticity? Что? И в каких книгах это посмотреть? Или у меня уже стоят характеристики пластичности?(глупый вопрос, но на всякий случай все равно его задам) И еще один вопрос, эти характеристики будут проявляться только тогда когда металл перейдет предел текучести? Или до этого то же будут частично проявляться свойства пластичности?

1. Ну да это сложный вопрос, все зависит от способа сварки :)

2. Это я помню, у меня материал одинаковый везде, ничего менять там пока не собираюсь.

3. Ну в некоторых книгах пишут что иногда есть, ну тоже зависит от множества параметров

4. Да разобраться бы во всем этом :)

Изменено 12 декабря 2012 пользователем Jeckar

[soklakov 1 479]

У меня сталь стандартная - Structural Steel из вкладки General Materials, я так понимаю надо добавить, что-то из вкладки Plasticity? Что?

В группе материалов Nonlinear найдите материал Structural Steel NL. У него уже есть пластичность. Дальше разберетесь, думаю.

Или у меня уже стоят характеристики пластичности?(глупый вопрос, но на всякий случай все равно его задам) И еще один вопрос, эти характеристики будут проявляться только тогда когда металл перейдет предел текучести? Или до этого то же будут частично проявляться свойства пластичности?

В реальности - будут и до. В матмодели - только после достижения предела текучести.

[Jeckar 0]

В группе материалов Nonlinear найдите материал Structural Steel NL. У него уже есть пластичность. Дальше разберетесь, думаю.

В реальности - будут и до. В матмодели - только после достижения предела текучести.

Спасибо - это именно то что я хотел узнать)

И у меня некоторые подозрения на несшитость сетки например как на 2 картинке обведено под номером (1) - явно, да и деталь симметричная, а напряжения разные в одних и тех же точках, как это исправить? Как сделать один конечный элемент как на 2 картинке красным дорисовано, (2)

Изменено 12 декабря 2012 пользователем Jeckar

[soklakov 1 479]

Вам мельчить сетку, а не укрупнять, надо.

[Jeckar 0]

Погите пожалуйста. Как бороться с несвзанностью сетки? У меня напряжения максимальные, при мелкой сетке, возникают не там где должны!

Изменено 16 декабря 2012 пользователем Jeckar

[soklakov 1 479]

Что Вы называете несвязной сеткой? Почему говорите, что не там, где должны? На картинках по-вашему мелкая сетка?

[Jeckar 0]

Что Вы называете несвязной сеткой? Почему говорите, что не там, где должны? На картинках по-вашему мелкая сетка?

0,2 мм. Я просто приблизительно знаю, где должны выскочить напряжения из теории и практики, на данной картинке они появились не там где они должны быть, к тому же деталь симметричная, с другой стороны детали этих напряжений нет!!! Я не знаю, может быть это и не несвязанная сетка, но это точно ошибка!!!

Изменено 19 декабря 2012 пользователем Jeckar

[romanoff 0]

0,2 мм. Я просто приблизительно знаю, где должны выскочить напряжения из теории и практики, на данной картинке они появились не там где они должны быть, к тому же деталь симметричная, с другой стороны детали этих напряжений нет!!! Я не знаю, может быть это и не несвязанная сетка, но это точно ошибка!!!

Дело не в абсолютном размере элемента, а в относительном. В вашем случае в области концентратора напряжений сетку надо измельчить раза в три, тогда и результат будет более адекватным.

[Борман 2 391]

1. Вот в моем случае, это сингулярность? (это сварная деталь) К моей детали применима книга ANSYS Механика разрушений и вкладка Fracture в Workbench? Данный непровар является трещиноподобным дефектом?

2. Трещина и трещинаподобный дефект это одно и то же? ( т.е в книге ANSYS Механика разрушений трещины рассчитываться только исходя из геометрических характеристик?)

3. Как выявлять четко, что это именно сингулярность?

4. Что такое сингулярная сетка?

5. Если я переход от шва к непровару сделаю прямоугольный или посчитаю с нулевой толщиной , там будет сингулярность?

Поленлся читать всю тему... просто отвчу на наболевшее.

1. Да, сингулярность. Сингулярность будет всегда, когда есть острый (в смысле не скургленный) внутренний угол.

2. Трещина - это трещиноподобный дефект (ТД). Можно считать царапину ТД. В вашем случае - это не трещина, а ТД. Этот термин вводится, чтобы классифицировать дефекты на те, которые нужно считать по механике разрушения, и другие.

3. Решение не сходится при измельчении сетки и напряжения растут как 1/sqrt(x). Пластика не в счет.

4. Не доверяю численным методам в этом вопросе и не знаю про сетку.

5. См. п.1

PS. По расчету дефектных сварных соединений есть много литературы. В т.ч. ГОСТы, в ч.т. ОСТы.

Если хотите быть уверены в том, что вы делаете - читайте ГОСТ.

Борман, 2012.