基于SIMSOLID、ANSYS/Workbench對側支梁仿真比較

參賽人：蔣連綱      2020.9.25

摘要：當今CAE界仿真分析步驟繁瑣，求解速度慢，對于計算機的配置需求高，針對此種情況，本案例分別運用SIMSOLID、ANSYS/Workbench對側支梁進行應力應變仿真，采用控制變量法，從仿真設置、仿真時間、仿真數據進行比較分析。仿真數據分析以及結論僅基于個人現有水平，因個人能力、見識有限，謝謝！！！

1、仿真設置

SIMSOLID進行模型仿真無需簡化模型，保留螺栓，螺紋孔，以及模型的倒角。直接將模型導進SIMSOLID，且無需網格劃分，只需要對其進行約束加載。導進后的模型如圖所示。設置模型材料為鋼，直接在材料庫里進行調用即可。對側支梁左端工字鋼進行約束固定，對橫梁添加30000N的力，且自動創建Bonded Connection進行螺栓連接，約束如圖2所示。

 

                           圖1側支梁模型

                           圖2側支梁約束加載

ANSYS/Workbench首先要對模型進行簡化，運用Altair Inspire軟件進行模型的簡化，將螺栓、螺孔、小倒角進行刪除、填平，然后將模型導入到ANSYS/Workbench中的靜態分析模塊，如圖3所示。

                       圖3 ANSYS/Workbench仿真模型

相比較SIMSOLID軟件，在ANSYS/Workbench需要對模型進行網格劃分，分別設置梁網格尺寸為30mm,殼網格尺寸為20mm,進行網格劃分，劃分結果如下圖4所示。

                               圖4側支梁網格劃分

 

再對其進行約束加載，將約束加載設置與SIMSOLID中的一致，保證變量一致 ，約束加載如圖5所示。

                               圖5  ANSYS/Workbench約束加載

小結：綜合比較SIMSOLID與ANSYS/Workbench的模型仿真前處理環節，可以得到SIMSOLID比ANSYS/Workbench至少少 模型簡化、網格劃分這兩個環節，而且操作簡單，省時省力。

2、仿真時長

使用同一臺計算機進行仿真，運用秒表進行時間測量，準備就緒后，點擊Solve按鈕,求解界面如圖6所示,由圖可得SIMSOLID有單個進度條，ANSYS/Workbench有兩個進度條。通過時間比較可得，SIMSOLID用時為3.23秒，ANSYS/Workbench用時8.92秒。

小結：仿真時間顯然KO!!!

                        （a）SIMSOLID仿真時長

                                                                        (b) ANSYS/Workbench仿真時長

                                    圖6仿真時間比較

3、仿真結果比較

分別進行應力應變分析，將仿真結果輸出，如圖7所示SIMSOLID仿真結果。由圖(c)可得，側支梁最大應變發生在橫梁最外緣，符合實際情況,最大應變量為0.745mm。由圖（d）可得，側支梁最大應力發生在橫梁與固定量接觸處、側支撐梁與固定量接觸處、筋板內鏤空圓角處，且應力最大量為45.7MPa。

                                                                               （c）側支梁應變云圖 

                                                                              （d）側支梁應力云圖

                               圖7  SIMSOLID仿真結果

圖8為可得ANSYS/Workbench仿真結果，由圖8可知，ANSYS/Workbench與SIMSOLID仿真應力應變變化趨勢相似，ANSYS/Workbench下應變最大量為0.796mm,比SIMSOLID仿真結果大0.051mm,應變的變形趨勢以及變形位置與SIMSOLID一致。由ANSYS/Workbench應力云圖可知，側支梁受力位置以及應力變化趨勢與SIMSOLID相似，但是最大應力部位與SIMSOLID不同，最大應力處比較單一，發生在側支撐梁與固定量接觸處，除此應力集中處，其他應力值與SIMSOLID接近。這點說明SIMSOLID與ANSYS/Workbench在細節處有一定的差距，但這并不影響其整體分析結果，這是與ANSYS/Workbench的仿真精度可以隨網格的精度而變化，這是SIMSOLID需要提高的。這僅代表個人觀點，因為作者本人能力有限。

                                                                                    （e）側支梁應變云圖                        

                            （e）側支梁應變云圖   

                              (g)側支撐梁局部放大圖

                              圖8 ANSYS/Workbench仿真結果

4、總結

綜上分析對比可知，ANSYS/Workbench與SIMSOLID各有千秋，SIMSOLID的仿真程序簡潔明了，仿真速度快，無需畫網格，省事的孩子。ANSYS/Workbench仿真步驟繁瑣，需要簡化模型，劃分網格，但在細節處精度高。未來的CAE世界，網格劃分肯定會被取代，仿真步驟將被簡化，SIMSOLID將是仿真界的華為。