當一個分析設計人躊躇滿志的建完一個模型，施加完載荷邊界條件，并看到求解結果的漂亮云圖的那一刻，我想內心一定是很欣喜和有成就感的，但是我們自以為很完美的整個分析流程中可能隱藏著各種問題和隱患，任何一個環節的小錯誤可能都會對計算結果產生極大的影響，正所謂差之毫厘謬以千里！一個合格的分析設計人必須具備一定的判斷結果合理性和準確性的能力，并通過結果反過來驗證模型的合理性以及載荷邊界條件施加的正確性，進而進一步確認結果的準確性，所以一定的理論知識和經驗積累對一個分析設計人的成長來說是必須具備的！

模型的建立-梁殼單元建模注意事項

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筆者近期遇到了一臺特殊結構的設備，有四段不同截面形式的殼體組成：最上段為矩形截面殼體，第二段為長寬逐漸變小的矩形截面殼體過渡段，第三段為天方地圓結構的過渡段，第四段為圓筒形截面殼體，而且在每一段殼體上外圍都分布有角鋼加強圈。因其結構的特殊性和非規則性，如果以實體單元建模，工作量很大，最重要的是天方地圓結構似乎無法采用實體單元建模，但如果采用梁殼單元建模的話似乎就容易很多，而且可以完美的采用梁單元來建立外壓加強圈，于是梁殼單元的模型如下圖所示：

 

采用梁殼單元建模的注意事項：

1. 采用線體建梁的時候，需要給線體賦予截面形狀和尺寸；

2. 采用面體的時候，需要給面體賦予厚度屬性；

3. 線體和面體都具有一定的方向，一定要注意方向賦予的正確性；

4. 可通過“view cross section solids”顯示梁的模型，而面的模型只有在網格劃分之后才會顯示，在網格劃分之前無法顯示厚度，所以最終檢查模型的時候，需要劃分一下網格之后再檢查。

網格劃分注意事項    

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相較于實體單元，采用殼單元建模的時候網格劃分就變得簡單很多，不需要對體進行過多的切分操作成全部可掃掠的體，只需要對不同的體通過“body sizing”進行體的網格尺寸控制就可以了，網格劃分后的模型如下圖：

網格劃分注意事項：

1. 最重要的一點是實現網格節點的共享，實體建模的時候只需通過“form new part”操作便可實現網格節點的共享，而采用梁殼單元僅僅通過“form new part”操作是不能實現網格節點共享的；

2. 實現梁殼單元網格節點的共享最重要的一點是在建模過程中就需要考慮和實現的，在建模的時候切記要使得線體與面體的輪廓在同一平面上（即共面），才能在后續過程中實現節點的共享；

3. 建模的時候線體和面體共面之后，還必須進行“jiont”接合操作，然后再通過“form new part”操作才能實現節點共享，僅“form new part”操作則不能實現節點的共享；

4. 如果發現在進行“jiont”接合操作之后也進行了“form new part”仍未實現節點的共享，那么就是建模的時候出現問題了，可能就需要從源頭對模型修改，以面體輪廓為基準進行線體的建立，實現線體與面體共面的建模方式；

5. 如若修改模型比較麻煩，還有一種方法在不共享節點的情況下也可完成求解，就是自己進行綁定接觸的設置，將各個線體與面體、面體與面體通過“bonded”進行綁定接觸。綁定接觸的目的也是防止欠缺約束，產生位移和變形分離，但是綁定接觸和共享節點還是不同的兩個概念，如若在非重點考察部位通過綁定接觸是沒有問題的，但如若在重點考察的應力部位，綁定接觸和共節點計算結果會有些許差距。

 

 

載荷施加注意事項    

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本設備位移約束施加在耳座底面上，并分別考慮了內壓、設備本體自重、物料自重、地震加速度的影響，關于載荷施加部分前面文章中做了很多介紹，可參考鏈接：

【軟件操作】十問十答系列之載荷位移約束施加技巧

針對此模型梁殼單元的載荷施加注意事項主要有以下兩點：

1. 施加等效壓力載荷的時候針對線體要采用“line pressure”施加，此時“pressure”是對線體是無效的；

2.施加“line pressure”時，不能同時對多個線體進行施加，只能一個個線體進行施加，如上述矩形截面上表面的四條邊施加壓力載荷的時候，需要通過四次相同的操作一條邊一條邊的施加，而不能同時在四條邊上通過一次操作進行施加。

 

應力集中和應力奇異的驗證    

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因此模型存在矩形截面，即有90°夾角部分，從理論上來說，此部分位置必然會產生應力集中，筆者通過不斷細化網格求解驗證發現，網格越細化，應力值則越大，如果僅僅出現應力集中的話，即使網格不斷細化，那么最終的應力值也會趨于一個穩定值，但此模型則是隨著網格的不斷細化，應力值似乎有無限變大的趨勢，所以此時，應力集中的部位已然產生了應力奇異，但此應力奇異是實際模型本身的幾何缺陷造成的，因而是無可避免的。

 

因而，對于有幾何結構突變部位并非網格越細化越好的，網格細化卻帶來了無法判斷結果準確性的一個可怕后果，建議：

1. 在建模的時候如果存在幾何突變部位，務必要采用倒圓角進行圓滑過渡，以避免應力集中變成了應力奇異（即使真實模型中并未有圓角過渡）。

2. 梁殼單元在突變部位隨網格細化產生應力奇異是無可避免的，所以盡量避免在有幾何突變的部位采用梁殼單元，最好采用實體單元。

3. 實體建模時，四面體網格也會隨網格細化產生無可避免的應力奇異，所以最好采用六面體網格，這一點壓力容器行業基本上都采用六面體網格。

應力分析僅僅有漂亮的計算云圖和計算結果是遠遠不夠的，分析設計人必須具有判斷計算結果準確性的能力，試想如果以并非準確的應力結果作為評定依據，那將是多么可怕的一件事情！

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