你有正确的使用有限元软件么？

2017-04-27 by:CAE仿真在线来源:互联网

有限元软件已经日益在国内得到广泛应用。一些学校也纷纷开设了有限元入门的相关课程,对土木,力学,机械类的高年级大学生讲解有限元软件使用。这是非常好的事情,它对于促进我国的结构创新设计无疑有着重要的意义。

但与此同时,也出现一些令人不安的现象。例如:一些学生仅仅只知道了有限元的皮毛,对于软件,只能说是刚刚会使用,但是他们就已经直接开始分析一些复杂的工程问题,并且把分析结果当做是真实的结果,并且用这种分析结果定量的指导自己的结构设计,这实在令人担心。

有限元方法本身并没有问题,它的确是可以得到许多工程问题的正确结论的,但是前提是使用得法。笔者发现,有些学生在解决动力学问题时,只是简单的用静力学问题进行模拟,然后乘以一个自以为的安全系数来推断动力学问题的答案。如果只是做的玩玩可以,但是如果把这种结果用到实际的工程设计中,则潜伏着巨大的隐患。

笔者列举一个例子来说明此问题。

一根悬臂梁,长1米,截面是直径为10mm的圆形,材料为一般钢材。在自由端受到一个垂直于梁轴线的集中力,大小是1N,该力是一个简谐激励,在0-200HZ之间变化。如下图,要对该梁做强度分析。

首先进行静力学分析。用默认的自由网格划分,在轴线方向的正应力结果如下

可见,最大应力发生在固定端,大小是1.13e7Pa.

然后进行模态分析,得到前6阶固有频率如下

接着进行谐响应分析,扫频0-200HZ,并均分100等份,取固定阻尼比为0.002,则应力的幅值-频率曲线如下

可见,最大应力达到1.79e8Pa.,是静应力的17.9/1.13 = 15.8倍。

取固定阻尼比为0.01,则应力的幅度值-频率曲线如下

可见,最大应力达到9,19e7Pa.,是静应力的9.19/1.13 = 8.13倍。

可见,对于动力学问题,并不能够直接用静力学问题得到结论以后,就乘以一个想当然的1-2的安全系数就可以代表动力学结果。

上述想当然的现象在有限元分析中屡有发生。当这种情况多次发生时,就使得客户开始渐渐不再相信有限元分析的结果,以为它只是一个摆设,这严重影响了有限元的可信度和它的传播。

希望从事CAE工作的工程师们警醒,有限元虽然是一把利器,但是一定要合理使用。我们要清醒的意识到,使用有限元软件并没有那么容易,它底层蕴含着大量的专业学科知识。ANSYS并非仅仅是ANSYS,它只是用计算机语言表达了一系列力学,传热学,电磁学的结论和算法。如果我们并不能对某个实际问题进行正确建模,而贸然去使用软件的话,那么我们所做的分析结果可能完全不可信,距离真实结果有相当的差距。如果用这种结果去进行结构设计,那么我们所设计的结构是具有相当风险的。

从这个方面来说,学习有限元软件,真的是任重道远,它要耗费我们相当的精力,要得到一个真实可信的结果,的确没有那么容易。

文章综合于网络,如有侵权请联系删除!

开放分享：优质有限元技术文章,助你自学成才