搜索基于ANSYS Workbench的子模型分析技术——CAE工程师都在用
2017-02-08 by:CAE仿真在线 来源:互联网
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何为子模型?
子模型是得到模型部分区域中更加精确解的有限单元技术。在有限元分析中往往出现这种情况,即对于用户关心的区域,如应力集中区域,网格太疏不能得到满意的结果,而对于这些区域之外的部分,网格密度已经足够了,见下图。
图 轮毂和轮辐的子模型 (a)粗糙模型,(b)叠加的子模型
要得到这些区域的较精确的解,可以采取两种办法:(a)用较细的网格重新划分并分析整个模型,或(b)只在关心的区域细化网格并对其分析。显而易见,方法a太耗费机时,方法b即为子模型技术。
【问题背景】
在经典界面中有子模型分析技术,那么这种技术能否在Workbench(以下简称WB)中使用呢?
答案是肯定的。
本算例说明如何在WB中使用子模型技术。
【问题描述】
一块开孔薄板,左边固定,右边施加1MPa的拉力,求板中的最大应力。
【问题分析】
该问题中存在应力集中,应力集中发生在孔的上下边沿。
为了得到应力的收敛值,需要对应力集中点反复加密网格,然后对整个板进行计算。对于简单的问题而言,这种方法是可以的。但是如果板很复杂,这样反复计算耗时很长。比较合理的方法是使用子模型法。
经典界面中子模型法操作复杂,而WB则对子模型法提供了完美的支持。本算例说明如何在WB中用子模型法进行操作。
WB中,首先创建粗糙模型并进行分析;
然后拷贝粗糙模型分析系统得到子模型分析系统,并建立粗糙模型与子模型分析系统的关系;
接着修改子模型分析系统中的几何模型,只取与应力集中点周围的部分几何体;
然后导入粗糙模型在切割边界处的位移,根据此来计算子模型的应力;
对子模型反复加密网格,就可以得到应力集中点的精确解。
【求解过程】
1分析粗糙模型
(1)创建静力学分析系统。
(2)创建几何模型。
选择长度单位是毫米,创建一个草图
然后根据该草图形成面体。
并设置对该面体进行2D分析。
(3)划分网格。
自动划分。此时使用粗糙的网格划分。
(4)定义边界条件。
固定左边线。
右边线施加1Mpa的均布载荷。
(5)求解并查看应力。
得到X方向的正应力如下图。
可见,在孔的上下两边,应力最大,为2.7Mpa。
那么真正的最大应力是多少呢?
下面使用子模型加密得到。
2分析子模型
(1)创建子模型分析系统。
拷贝上述分析系统,得到新的模型分析系统。
建立粗糙模型系统和子模型系统的连接关系,如下图。
上图意味着要把粗糙模型的分析结果导入到子模型分析系统中。
下面的操作均在子模型分析系统中进行。
(2)创建子模型。
双击子模型分析系统的geometry单元格,进入到DM中,修改原始模型。
首先进入草图,在原来的圆外面再绘制一个大圆,直径是18mm,并裁剪掉外面的矩形。
重新生成面体
退出DM.
然后更新子模型系统的Setup单元格,结果如下图
(3)划分网格。
双击Setup单元格,进入子模型分析系统中,此时划分的网格模型如下图。
细分网格。
(4)设置边界条件。
首先Suppress前面的固定边界条件和力的边界条件。
然后对于新出现的Submodeling,单击选中,在右键菜单中插入位移。
并选择大圆作为导入位移的边界。
接着导入粗糙模型中对应处的位移。
结果如下
(5)计算并后处理。
求解,观察应力结果。
可见,最大应力增加到3.04MPa.
继续加大网格密度。对于内圈加密第一次。
结果如下图
可见,应力增加很少,可以认为已经达到收敛。
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