Вопрос по "Большим перемещениям"

[mechanical 0]

Всем привет!

 

Впервые на практике (да и не на практике тоже) понадобилось воспользоваться симуляцией, как тут же возник вопрос. Имеется стальной лист (ст3) с параметрами 2х1250х2500 мм, по углам расположены отверстия, с помощью которых он условно крепится к стойкам. Мне необходимо узнать, насколько провиснет лист под собственным весом. Вопрос в том, корректно ли здесь использовать опцию "Большие перемещения"? При отключенной опции, максимальное перемещение составляет 263 мм, максимальное напряжение - 2 331 МПа; при включенной, макс. перемещение - 12 мм, макс. напряжение - 416 МПа. Уж больно велика разница.

[ccc44 53]

Мне тоже хотелось бы узнать мнение специалистов по этому вопросу. Максимальные напряжения в точках крепления зависят от диаметра отверстий. Кроме того, тут сказывается сингулярность, и правильно оценить их в МКЭ сложно. Но вот разница по максимальному прогибу предложенной ТС модели, действительно впечатляет:

ANSYS WB на оболочке.

[mechanical 0]

Напряжения в данном случае мне не важны, важен именно максимальный прогиб. Я практически не знаком с CAE, но почему-то надежда, на то, что ANSYS покажет что-нибудь более вменяемое, у меня была. Да уж, а я думал задача простая, как вафля.

[kristeen 355]

Мне тоже хотелось бы узнать мнение специалистов по этому вопросу.

Я не специалист, но мое мнение вы узнаете)

 

Без "больших перемещений" идет линейный расчет, при котором не учитывается увеличение жесткости оболочки при натяжении.

Еще пересмотрите, насколько закрепление в модели соответствует реальности. Вы действительно "намертво" закрепляете по углам? Чтотт есть сомнения)

 

Цитата из одной книжки:

“I worked on Geometrically Nonlinear (GN) structures for a couple of years and I had the same question in my mind. At the beginning, I would think it is only the amount of displacement/rotation, which defines whether it is a GN case i.e. if it is small it is a linear case and if it is not, it is a GN case. However, GN cases are not limited to large displacement/rotations. A cantilever beam with an end force can be assumed linear, if for example the end displacement is up to 1/10 of its length. I mean you can get a good approximation by linear analysis up to that range of displacement. But a shallow simply-supported arch with the same length under vertical downward load at its top point is highly nonlinear even when the displacements are still small, before going to snap-through and change of its shape. Another example is buckling of shells, which happen with small initial displacements but under a very nonlinear behavior. Long story short, I believe it needs a lot of experiment to be able to judge the case by just looking at it. However, if the case is somehow related to buckling and bifurcation analysis, it is most probably a GN case because bucklings (and snapthroughs) happen in small displacements and deal with membrane or axial loads.You can look at the structure and guess if the deformation is mostly driven by bending or an axial loads. If it is by axial loads it is mostly a GN case and if it is bending, it is GN when deformations are large. Of course, the best way is to do GN analysis and compare with linear analysis and if there is a big difference it is GN :) “

Peyman Khosravi

 

[mechanical 0]

Логически я, конечно, догадываюсь, что лист не может так увеличиться в объеме (это я образно говоря), как выдает симуляция без "больших перемещений". Тогда остается вопрос, соответствует ли действительности вариант расчета с большими перемещениями?

[kristeen 355]

Остается вопрос, что именно Вы хотите смоделировать. Опишите не модель, а реальную постановку задачи. Типа, есть лист, мы его на что-то кладем, как-то закрепляем.. Больше всего интересуют подробности про "что-то" и "как-то".

 

Мысленный эксперимент: два человека берет этот лист в руки за четыре угла. На сколько прогнется лист? На 12мм? На 500мм? Выбирайте.

[mechanical 0]

Мысленный эксперимент, это, конечно, хорошо, но мне необходима чуть большая точность, чем у мысленного эксперимента.

 

Я описал реальную задачу, а не модель. От того, что я уточню, что лист по углам крепится именно болтами, а не винтами или шпильками, например, станет сразу всё очевидно что ли? Мне на данный момент не нужна помощь в конструкции, мне нужна помощь именно в симуляции процесса, чтобы получить достоверный результат - на сколько провиснет лист. Проблема в том, что два варианта расчета дают два существенно отличающихся результата - прогиб в 12 мм меня устроит, в 263 мм - уже нет.

 

Ко мне можно обращаться на "ты" =)

[kristeen 355]

От того, что я уточню, что лист по углам крепится именно болтами, а не винтами или шпильками, например, станет сразу всё очевидно что ли? Мне на данный момент не нужна помощь в конструкции, мне нужна помощь именно в симуляции процесса, чтобы получить достоверный результат - на сколько провиснет лист.

Да, все станет очевидно, или, по крайней мере, яснее. По-прежнему не ясно, насколько "достоверный" результат тебе нужен, но по словам "на сколько провиснет лист" я допускаю, что в этом случае достаточно расчета с "большими перемещениями", он в SW близок к нелинейному.

[soklakov 1 475]

Для этой задачи расчет однозначно должен быть "с учетом больших перемещений", можете не сомневаться.

 

Строго говоря, расчет с учетом больших перемещений всегда точнее. Но имеет некоторые трудности сходимости. Если задача позволяет, то можно проводить оба и на основании сравнения результатов делать вывод о необходимости учета. В Вашем случае вывод очевиден - учитывать необходимо. (хотя для мембраны это можно было сказать заранее, но тут уже нужен опыт решения этой задачи в прошлом).

 

А закрепления здесь вряд ли сильно сыграют на результат. Мембрана же. Заделка-шарнир, какая разница.

[kristeen 355]

Для этой задачи расчет однозначно должен быть "с учетом больших перемещений", можете не сомневаться.

Замечу, что в SW расчет "с большими перемещениями" и нелинейный -- разные вещи. "Большие перемещения" в sw это линейный анализ, только нагрузка прикладывается постепенно и на каждом шаге пересчитывается жесткость, в отличие от ансиса, где large deformation -- полноценный нелинейный анализ.

В этом конкретном случае "большие перемещения" sw прокатывают.

[mechanical 0]

Всем спасибо! @soklakov, подпись прочитал.

Изменено 21 октября 2013 пользователем mechanical

[soklakov 1 475]

"Большие перемещения" в sw это линейный анализ, только нагрузка прикладывается постепенно и на каждом шаге пересчитывается жесткость, в отличие от ансиса, где large deformation -- полноценный нелинейный анализ.

Да, учет геометрической нелинейности в Ansys состоит из трех "китов", один из которых увеличение жесткости. Не знаю, как это реализовано в SW, поверю Вам.

Но называть такой расчет линейным, наверное, обидно. Матрица жесткости зависит от перемещений (обновляется вслед за обновлением перемещений) - это суть определения нелинейного расчета.

K(X)*X=F

[JAR 28]

Товарищи, я полный ноль в Ansys и SW, но эту ветку дальше спокойно читать не могу.

Сталь-3 при таких напряжениях разрушится даже с учетом пластики! Вы представляете себе стальной лист, который рвется под собственным весом? Хотя ТС не указывает, где именно такие напряжения получены (держу пари, что на краях не понятно зачем смоделированных отверстий).

Как в такой задаче "сказывается сингулярность", почему лист должен "увеличиться в объеме" и как перестроение матрицы жесткости может происходить при нелинейном расчете, я вообще не понял.

Соглашусь с kristeen, что в этой задаче (как, впрочем, и в любой другой) все решают граничные условия. Надо знать реальную задачу, прежде, чем что-то советовать. И учет больших перемещений далеко не всегда ведет к повышению точности!

По поводу "больших перемещений". Проведем-таки мысленный эксперимент. Поднимем лист, удерживая его за один угол тисками. 

Линейный расчет: под своим весом лист срежется. Распределенная нагрузка продолжит действовать на весь лист, и угол его останется в тисках, а сам лист, не изгибаясь, упадет на пол плашмя, как только касательные (!) напряжения превысят разрушающие около заделки.

Расчет с большими перемещениями: под своим весом лист изогнется. Распределенная нагрузка будет действовать не на весь лист, а на его "проекцию на пол", уменьшаясь по мере увеличения угла поворота листа около заделки. Когда нормальные (!) напряжения около тисков превысят предел текучести, кривизна начнет стремительно возрастать и лист повиснет вертикально вниз.

Если такую задачу смоделировать мембраной, то марк с абакусом и все три настрана дадут механизм. Про SW утверждать не берусь.

Нелинейный расчет мембраны имеет свои прелести. По мере того, как растут деформации, уменьшается толщина листа - действует коэффициент Пуассона. Это хорошо видно на примере воздушного шарика - он становится прозрачным, если его надуть, поскольку стенки становятся тоньше. А меньшая толщина листа приводит к большим напряжениям и раннему перескоку в пластическую зону, где уже меняется модуль упругости. Но, простите, такие эффекты для стали имеет смысл учитывать разве что при расчете корпуса атомной подлодки.

Изменено 21 октября 2013 пользователем JAR

[soklakov 1 475]

Товарищи, я полный ноль в Ansys и SW

Сталь-3 при таких напряжениях разрушится даже с учетом пластики!

Каких - таких?! Напряжения в сингулярностях тема отдельного разговора.

 

 

И учет больших перемещений далеко не всегда ведет к повышению точности!

Может примерчик приведете, чтобы не быть голословным?

 

Линейный расчет: под своим весом лист срежется.

Не срежется. В линейном расчете не может быть разрушения.

Когда нормальные (!) напряжения около тисков превысят предел текучести

Физическая нелинейность снова отдельная тема.

 

Если такую задачу смоделировать мембраной, то марк с абакусом и все три настрана дадут механизм.

 

Это уж как задачу поставите.

 

эту ветку дальше спокойно читать не могу.

Таки в чем проблема? В том, что Вы знаете о законе Гука, коэффициенте Пуассона, модуле упругости, пределе текучести, касательном модуле пластической деформации(который снова называете модулем упругости)? И как это Вам мешает?

[ccc44 53]

 

Замечу, что в SW расчет "с большими перемещениями" и нелинейный -- разные вещи. "Большие перемещения" в sw это линейный анализ, только нагрузка прикладывается постепенно и на каждом шаге пересчитывается жесткость, в отличие от ансиса, где large deformation -- полноценный нелинейный анализ.

 

В этом конкретном случае "большие перемещения" sw прокатывают.

 

Странно, я полагал, что полноценный нелинейный расчет – это учет пластики, т.е. для его выполнения необходимо задать кривую материала или ее интерполяцию, как в SW, так и в ANSYS (Static Structural). А здесь расчет идет в линейной постановке. Для материала задан только модуль упругости. И «Большие перемещения» или “Large Deflection” учитывают только изменения геометрии.

Или я не прав?

Величина прогиба для одной и той же модели ТС на сетке примерно одинаковой величины неплохо сходятся в   SW (8,9мм) и Ansys (9,4мм).

Линейный модуль SW при включенном параметре «большие перемещения» при увеличении нагрузки перестает работать, а при отключенном – молотит до покраснения, выдавая не имеющий отношения к действительности результат.

[soklakov 1 475]

Странно, я полагал, что полноценный нелинейный расчет – это учет пластики, т.е. для его выполнения необходимо задать кривую материала или ее интерполяцию, как в SW, так и в ANSYS (Static Structural). А здесь расчет идет в линейной постановке. Для материала задан только модуль упругости. И «Большие перемещения» или “Large Deflection” учитывают только изменения геометрии. Или я не прав?

Разделяют нелинейности: физическую(пластика, к примеру), геометрическую (большие перемещения) и конструктивную (нелинейные контакты и смерть элементов).

 

 

при включенном параметре «большие перемещения» при увеличении нагрузки перестает работать

Возможно, разваливается.

[ccc44 53]

 

Разделяют нелинейности: физическую(пластика, к примеру), геометрическую (большие перемещения) и конструктивную (нелинейные контакты и смерть элементов). 

 

 

при включенном параметре «большие перемещения» при увеличении нагрузки перестает работать

Возможно, разваливается.

 

Спасибо.

Ансису тоже не нравится:

Warning: Solver pivot warnings have been encountered during the solution.  This is usually a result of an ill conditioned matrix possibly due to unreasonable material properties, an under constrained model, or contact related issues.  Check results carefully.              Project>Model>Static Structural>Solution        

[soklakov 1 475]

Так если разваливается, то алгоритм Ньютона-Рафсона, а не Ансис или Солидворкс.))

[soklakov 1 475]

[JAR 28]

Это уж как задачу поставите.

 

По поводу мембраны, в принципе, соглашусь, но напомню, что ГУ приложены только к углам. Для получения решения надо или дать мембране преднатяг, или закрепить по контуру, что уже не будет соответствовать исходной постановке. Но, вообще, "мембрана" здесь - ключевое слово. Мы просто о разном говорим: Вы - о мембранных напряжениях, я - о мембранных элементах.

 

 

касательном модуле пластической деформации(который снова называете модулем упругости)

 

Насчет касательного модуля абсолютно согласен, однако, для решателя это так или иначе тангенс угла наклона кривой деформирования, как его ни назови.

 

 

Не срежется. В линейном расчете не может быть разрушения.

 

По поводу линейного расчета тоже соглашусь, что выразился неверно: в линейном решении МКЭ, конечно ничего не срежется, я просто пытаюсь объяснить, как бы вела себя конструкция, если бы подчинялась в реальности только линейным законам.

 

 

И как это Вам мешает?

 

А не могу читать ветку спокойно потому, что человек получает заведомо нелепые результаты, и пытается их скорректировать нажатием нужной кнопки (простановкой нужной галочки), при этом не объясняя реальную постановку задачи и не показывая модель. Ему же не помогают, а путают (на мой лично взгляд) еще больше!

 

 

Каких - таких?!

Да любых из названных выше. 416 МПа для листовой стали-3 - это уже разрушение.

 

 

Странно, я полагал, что полноценный нелинейный расчет – это учет пластики

 

вовсе не обязательно. Очень грубо говоря, это любое решение, получаемое в несколько итераций. Учет изменений геометрии с последующей "перестановкой сил" на каждом шаге - уже нелинейный расчет.

@soklakov, картинки Ваши хорошие, спасибо. И спорить не о чем.

Изменено 22 октября 2013 пользователем JAR