鎖斗疲勞分析模型-體的切分和網格劃分真的是一個需要經驗和技術的活

壓力容器的分析設計主要以結構靜力分析和疲勞分析為主,這兩種分析類型占據了壓力容器分析設計的80%以上。從軟件操作和計算方面來說,結構靜力分析和疲勞分析并無實質性的區別,僅是疲勞分析需要計算多種工況并在最后求解時增加一步應力差值的計算進而確定交變應力幅值;從判定準則上來說,區別在于靜力分析只需評定局部薄膜應力和一次+二次應力,而疲勞分析需要考慮峰值應力且需要根據交變應力幅值和S-N曲線來確定最終循環次數是否滿足疲勞壽命的要求。因疲勞分析需要考慮峰值應力,故從一定意義上來說對分析設計人員的軟件操作水平和理論經驗有相對較高的要求,因為模型建立的是否合適,網格劃分的質量的好壞會直接影響到峰值應力的計算,尤其對于稍微復雜一點的不規則模型很多時候計算出來的應力會出現應力失真的情況導致在我們并不關心的區域出現最大總應力值,那么就需要分析設計人員具備判斷應力失真的能力,即哪些地方計算出來的應力是不真實的,該怎么解決以消除應力失真,以避免在錯誤的地方進行了錯誤的疲勞判定。

以一鎖斗疲勞分析步驟為例,簡要介紹一下模型建立、網格劃分和計算過程中需要注意的問題:

                                                                                  模型建立

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本模型為全模型分析,存在筒體段、錐殼段、耳座及人口法蘭等,建模操作過程中涉及到拉伸、旋轉、布爾操作、切分操作、映射面操作、局部坐標的建立、體的旋轉-偏移-陣列操作等等一系列操作,因而需要操作者對每個建模的功能都有詳細的了解,只有了解的足夠深才能在建模過程中合理利用各種功能,用最快的方法建出最好的模型,所有人都說WB上手容易,但上手容易不代表會,會更不代表熟練,真正能將WB軟件了解的透徹和用得精通的人仍在少數,所以筆者建議初學者一定要有鍥而不舍的深挖研究的精神,盡量將各個功能都搞清楚,才能做到靈活自如、酣暢淋漓的建立模型,本模型為保證每個體都可掃略進行了很多次不同形式的切分操作,最終切分成了179個體。需特別注意的一個技巧是要學會隨時用“Show sweepable bodies”功能查看哪些體已經可以掃略了,哪些體仍不可掃略,針對不可掃略的體才需進行切分操作以切成可掃略的體。另外筆者在用14.5和19.0的時候發現,當在14.5版本中所有的體都已顯示為可掃略體的時候,在19.0版本中則為部分體仍不可掃略,關于這一點可能是19.0和14.5的判定和劃分準則是存在一定不同的。

                                                                                    網格劃分

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本模型因存在部分不規則的區域,且切分的體較多,在劃分網格的時候工作量就會很大,在哪些地方需要劃分較細較好的網格?哪些地方比較難控制網格?該如何設置網格大小?如何設置網格劃分順序?如何進行局部網格控制?等等一些問題都需要在劃分網格之前先進行一定的思考,同樣軟件操作者需要對網格劃分的各個功能都了如指掌,才能更好更快更順利的劃分出漂亮的網格??赡芤粋€簡單的模型只需進行簡單的一步兩步操作便可劃分出漂亮的網格,但是對于稍微復雜和不規則一點的且具有較多體的模型,劃分網格真的需要實踐經驗的積累和一定的技巧。

網格劃分技通用步驟1:通過全局網格控制,對網格的劃分方法、種子尺寸等進行初步的控制,有利于網格劃分,前提是基于一定的思考和經驗以及不斷的嘗試。

網格劃分通用步驟2:一定要主要不同體的網格劃分順序,不同的劃分順序會導致截然不同的兩種網格質量,總體來說是先難后易,先復雜后簡單的網格劃分準則。

網格劃分通用步驟3:通過局部網格控制精細化網格劃分,需要注意的一點是因不同體之間可能定義了不同的劃分準則,需避免兩種控制準則互相矛盾,導致部分體網格劃分出現沖突而無法劃分的情況。

上述僅僅是網格劃分的一般步驟,真正在劃分網格的時候還存在很多技巧,正所謂技巧只有熟能生巧,只有真正操作的時候才會發現很多問題并不是我們所想的那樣,本以為能劃分出很好網格的體卻劃分出質量很差甚至會出現無法劃分的情況,所以親身操作和實踐才是最好的方法。

                                                                                模型計算

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疲勞分析的計算需計算多種工況,然后通過“solutioncombination”功能求解兩種工況下的應力差值,進而計算應力幅值,筆者在此介紹一下不同工況下求解的兩種設置方法:

方法一:通過靜力分析模塊的共享連接,如下圖所示:

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方法二:通過分析步設置,比如對兩種工況計算,可將分析步修改為2步,并在不同的分析步下進行載荷和邊界條件的設置,最終將兩分析步的計算結果進行應力差值計算。如下圖所示:

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【ANSYS分析設計人】公眾號.jpg
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