應(yīng)力集中問題的考察---倒角處位移的變化
當(dāng)網(wǎng)格細(xì)分時(shí),倒角處應(yīng)力會(huì)一直增加,但這種現(xiàn)象并不適用于位移。
換一句話說,當(dāng)在此處網(wǎng)格細(xì)分時(shí),位移值只是緩慢增加,而且會(huì)趨于收斂,下面舉例子以說明此問題。
仍舊取前面的例子如下圖。變截面軸在軸肩處倒角,左邊固定,而右邊加分布載荷,現(xiàn)在考察圖示關(guān)鍵點(diǎn)的位移變化情況。



可見,隨著網(wǎng)格的加密,該點(diǎn)的位移變化緩慢。
在第一次加密時(shí),位移只有很緩慢的增長,0.32%,按照有限元分析3%的容許誤差,都可以認(rèn)為此時(shí)已經(jīng)達(dá)到正確解了。
但是我們依然連續(xù)加密網(wǎng)格,可以看到相對誤差逐漸減小,直到最后的0.02%,誤差已經(jīng)相當(dāng)小,完全可以認(rèn)為收斂了。
把上述位移值用折線圖表達(dá)出來,結(jié)果是

也可以發(fā)現(xiàn),結(jié)果的確趨于收斂。
可見,雖然有限元軟件并不能正確計(jì)算該點(diǎn)的應(yīng)力,但是對于位移的計(jì)算卻是相當(dāng)好的,從而位移值是可以相信的,但是應(yīng)力的計(jì)算卻不容樂觀。
實(shí)際上,位移有限元法以位移作為基本求解變量,它在組裝方程以后,首先求出的是位移,然后基于幾何方程得到應(yīng)變,再根據(jù)虎克定律得到應(yīng)力。因此,位移是最精確的,而應(yīng)變和應(yīng)力則是通過求導(dǎo)數(shù)而得到,其精確性會(huì)降低。對于應(yīng)力集中點(diǎn),這尤其明顯。
這也提醒我們,在應(yīng)力集中處,有限元軟件仍舊正確的計(jì)算了位移。而且我們可以相信,在應(yīng)力集中點(diǎn)的附近,由于位移保持了連續(xù)性,因此應(yīng)力也一定是保持連續(xù)的,基于這個(gè)原理我們可以推算該點(diǎn)的正確應(yīng)力。
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