SolidWorks Simulation 有限元分析实例练习(32):应力奇异点热点诊断的网格细化

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SOLIDWORKS Simulation 2017 中引入的应力热点诊断工具,可帮助工程师在其模型中找到应力热点区域,并可能寻找潜在的“应力奇异点”。在SOLIDWORKS 2018中,此工具已得到增强,以减少手动网格细化过程以确定应力是真实的还是奇点。

1.应力奇点

并非所有的应力热点都与应力奇点有关。在热点区域局部细化网格可以消除这些应力集中,这些应力热点归因于非奇异的应力集中。应力奇点的一个特征是:应力值随着网格细化(局部使用网格控制或全局编辑网格)而不断增加,并且在理论上发散到无穷大。如果应力热点单元处的应力不随着网格细化而增加并趋于有限值,则它们表示应力集中(即“合法”高应力区域)。

随着网格的细化,锐角附近的发散应力表明存在应力奇异性

2.应力集中

应力集中的特点是模型局部区域相邻单元上的应力梯度相对较大。假定网格足够细化,归因于合法应力集中的高应力梯度将收敛到一个极限值。它们在几何形状发生变化的地方可见,例如板中存在孔,在存在不同材料的边界处以及在物体接触处。

随着网格的细化,圆角区域附近的应力收敛表示应力集中

3.应力热点诊断

可以通过右键单击结果文件夹来激活“应力热点诊断”工具。

在第一个菜单中,可以设置灵敏度因子以及是否还需要处理节点值结果,如图所示。

应力热点诊断(灵敏度因子设置)

4.应力奇点诊断

现在在 SOLIDWORKS Simulation 2018 中,添加了应力奇点检测工具。其中,将选择目标区域(例如锐边),然后用户可以指定应采用多少网格细化级别。请注意,最大网格细化级别为3。还可以指定单元尺寸减小因子和单元增长率。

还可以决定是否应根据最终网格细化级别的最终网格密度的原始网格分辨率显示最终结果。在当前示例中,最终网格细化如图所示。

应力奇点诊断

如果检测到奇点,则应力奇点诊断工具会显示以下消息以通知用户。

应力奇点检测消息

用户可以根据灵敏度因子(此处为 25%)隔离具有最高应力值的单元,如图所示。

隔离单元

“Plot Convergence Graph”展示了每个细化级别的应力值趋势。

绘制收敛图

5.关于处理应力奇点的建议

  • 为了将应力奇异点与合法应力集中区分开来,在全局或在检测到应力热点的区域局部细化网格。重新运行应力热点诊断工具时,应过滤掉应力集中区域,剩余的应力热点将指向应力奇点。注意在物理世界中,不会出现应力奇点,因为当应力超过材料的极限强度极限时,材料会屈服或破裂。
  • 在出现高应力梯度的尖锐边缘和“圆角”处添加圆角。圆角将应力分布在更广泛的区域,有效提高零件的承载能力。在现实世界中,制造的“尖角”总是有一个小的圆角半径。
  • 避免在顶点或沿边施加载荷。将载荷分布到模型上的适当区域,以尽可能准确地近似实际载荷条件。请记住,即使将载荷作为奇异点载荷施加,从而产生应力奇点(σ = P/A 和 A=0 → σ=∞),距离施加载荷一定距离的应力分布仍然是正确的。这是基于圣维南原理,即两个不同但静态等效负载的影响之间的差异在距负载足够大的距离时变得非常小。
  • 应力奇点只能在局部污染应力分布。可以忽略这些应力奇点的局部区域,特别是如果它们不在模拟中感兴趣的区域附近。

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  • 本文由 发表于 2022年9月8日 20:31:00
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