搜索基于ANSYS APDL的橢圓膜的自適應(yīng)網(wǎng)格劃分的靜力學(xué)分析
2017-03-15 by:CAE仿真在線 來源:互聯(lián)網(wǎng)
在使用有限元軟件進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算時(shí),隨著網(wǎng)格的逐步加密,每個(gè)節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力是逐步變化。直到其不再發(fā)生明顯改變時(shí),我們才會停止網(wǎng)格細(xì)分,并確定此時(shí)的應(yīng)力是正確應(yīng)力。
但是上述過程是手工進(jìn)行的,那么能不能讓ANSYS自動做這件事情呢?例如讓它自動進(jìn)行網(wǎng)格加密,直到結(jié)果收斂?
可以,這就是自適應(yīng)網(wǎng)格劃分技術(shù)。
ANSYS提供了一個(gè)宏ADAPT,專門用于解決此問題。當(dāng)用戶建模完畢后,運(yùn)行該宏,它會自動進(jìn)行網(wǎng)格調(diào)整,當(dāng)滿足某個(gè)準(zhǔn)則時(shí),它就自動停止計(jì)算。
本文舉一個(gè)例子,來說明如何使用ADAPT進(jìn)行自適應(yīng)網(wǎng)格劃分的計(jì)算。
一個(gè)橢圓膜結(jié)構(gòu)如下圖,它承受了均布向外的拉力。現(xiàn)在要確定D點(diǎn)處的Y方向的應(yīng)力。
所需要的參數(shù)如下圖
1. 該例子來自于ANSYS15 APDL的認(rèn)證算例《VM205 Adaptive Analysis of an Elliptic Membrane》,本文對其中的內(nèi)容進(jìn)行了較大的刪減與調(diào)整,使得其從邏輯上更好理解。
2. 自適應(yīng)網(wǎng)格劃分的問題與一般問題的有限元求解步驟類似。首先選擇單元類型,設(shè)置材料模型,建立幾何模型,設(shè)置邊界條件。但是不需要?jiǎng)澐志W(wǎng)格。設(shè)置邊界條件后,就可以直接調(diào)用ADAPT,它會自己劃分網(wǎng)格,并進(jìn)行靜力學(xué)計(jì)算。
3. 平面應(yīng)力問題,選擇PLANE182.
4. 繪制幾何模型。這里創(chuàng)建了兩個(gè)橢圓坐標(biāo)系,分別繪制了內(nèi)外圈,然后連成一個(gè)面。
5. 邊界條件。設(shè)置對稱邊界條件,以及在外邊施加均布拉力。
6. 為了幫助ADAPT更好的劃分網(wǎng)格,這里在調(diào)用ADAPT之前,指定對該面進(jìn)行映射網(wǎng)格劃分,并指定用四邊形單元得到更好的結(jié)果。
7. 調(diào)用ADAPT。該宏的調(diào)用是整個(gè)仿真的核心。它設(shè)定了計(jì)算的次數(shù),以及允許的最大能量誤差。
1. 建模
1.1 創(chuàng)建單元類型
在命令窗口輸入
/PREP7
ET,1,PLANE182,3,,3
R,1,0.1
上述命令
首先進(jìn)入前處理器
然后定義單元類型是PLANE182,說明是進(jìn)行帶厚度的平面應(yīng)力問題分析
然后設(shè)置厚度是0.1
1.2 設(shè)置材料模型
在命令窗口輸入
MP,EX,1,210E9
MP,NUXY,1,.3
上述命令定義了材料的彈性模量和泊松比。
1.3 創(chuàng)建幾何模型
在命令窗口輸入
LOCAL,11,1,,,,,,,0.5
K,1,2,90
K,2,2,0
L,1,2
上述命令
首先定義了一個(gè)橢圓坐標(biāo)系統(tǒng),然后創(chuàng)建了首尾關(guān)鍵點(diǎn),然后連成了直線,這繪制了橢圓環(huán)的內(nèi)圈,結(jié)果如下圖
在命令窗口輸入
LOCAL,12,1,,,,,,,0.8461585
K,3,3.25,90
K,4,3.25,0.0
L,3,4
上述命令也是定義了一個(gè)橢圓坐標(biāo)系統(tǒng),然后創(chuàng)建了首尾關(guān)鍵點(diǎn),然后連成了直線。這繪制了橢圓環(huán)的外圈,結(jié)果如下圖
在命令窗口輸入
CSYS,0
L,2,4
L,1,3
AL,2,4,1,3
上述命令首先切換成系統(tǒng)默認(rèn)坐標(biāo)系,然后封閉了前面的曲線,并用這些線形成一個(gè)面。結(jié)果如下圖:
1.4 施加邊界條件
在命令窗口輸入
DL,4,1,SYMM
DL,3,1,SYMM
上述命令分別對左側(cè)邊和下側(cè)邊施加對稱邊界條件。結(jié)果如下圖
在命令窗口輸入
SFL,2,PRES,-10E6
上述命令在2號直線上施加均布拉力。結(jié)果如下圖。
1.5 設(shè)置網(wǎng)格劃分方式
在命令窗口輸入
MSHK,2
MSHA,0,2D
SMRT,OFF
SAVE
FINISH
上述命令
首先指定盡量用映射網(wǎng)格劃分,
并使用四邊形單元,
然后關(guān)閉了SMARTING尺寸劃分,
然后存盤
并退出前處理器。
2. 計(jì)算
在命令窗口輸入
/SOLU
ANTYPE,STATIC
ADAPT,4,7,,,1
上述命令
首先進(jìn)入求解器
然后設(shè)置為靜力學(xué)分析
接著啟動了最重要的宏:自適應(yīng)網(wǎng)格劃分宏。
該宏指明,最多只進(jìn)行4次的網(wǎng)格重分和計(jì)算
結(jié)構(gòu)的歸一化能量誤差最多是7
在關(guān)鍵點(diǎn)處單元尺寸的最大改變因子是1
輸入上述宏后,ANSYS立即開始啟動計(jì)算。它會反復(fù)修改網(wǎng)格,并進(jìn)行靜力學(xué)計(jì)算,計(jì)算完畢后考察結(jié)構(gòu)的歸一化能量誤差,如果改誤差大于7,則再次修改網(wǎng)格,再次進(jìn)行靜力學(xué)計(jì)算,再次計(jì)算能量誤差,當(dāng)誤差小于7時(shí),就停止計(jì)算。
3. 后處理
計(jì)算完畢后,進(jìn)入到后處理器,繪制節(jié)點(diǎn)的Y方向的應(yīng)力云圖,結(jié)果如下
最大值在紅色尖端處,大小是92.5Mpa,而該點(diǎn)的解析解是92.7,精度相當(dāng)高。此時(shí)的網(wǎng)格形式如下圖
這就是自適應(yīng)網(wǎng)格劃分的結(jié)果,可見,它在該細(xì)密的地方繪制十分細(xì)密,而在該粗糙的地方相對粗糙,也進(jìn)行了映射網(wǎng)格劃分,每個(gè)單元都是四邊形。完美的網(wǎng)格!
從下列菜單打印此時(shí)的能量誤差
結(jié)果如下圖
這正是最初指定的值7左右。
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