¬аше окно в мир —јѕ–
 
Ќовости —татьи јвторы —обыти€ ¬акансии Ёнциклопеди€ –екламодател€м
—татьи

24 августа 2021

ќсновы построени€ конечно-элементной сетки дл€ прочностного анализа

Marisa Melchiorre, Theresa Duncan

Marisa Melchiorre Theresa Duncan

јвторы: Marisa Melchiorre Ч Senior Product Marketing Manager, Ansys; Theresa Duncan Ч Product Marketing Specialist, Ansys.

ќригинал статьи: The Fundamentals of FEA Meshing for Structural Analysis

ѕеревод выполнен экспертами Ђ јƒ‘≈ћ —и-јй-Ёсї


ћоделирование €вл€етс€ важным инструментом дл€ многих отраслей промышленности. ѕо данным Grand View Research ожидаетс€, что с 2021 по 2028 год мировой рынок программного обеспечени€ дл€ моделировани€ будет расти с совокупным темпом годового роста 17,1%. “акой значительный рост св€зан с многочисленными преимуществами, которые получает бизнес, использу€ ѕќ дл€ моделировани€. —реди них Ц сокращение затрат на разработку продукции, физические испытани€ и бракованные физические прототипы.

 онечно-элементна€ сетка дл€ прочностного анализа

ѕример сетки дл€ детали корпуса коробки передач

—реди приложений автоматизированного проектировани€ существуют разные типы программного обеспечени€ дл€ анализа продукции.   ним относ€тс€ анализ методом конечных элементов (FEA), вычислительна€ гидродинамика (CFD) и многие другие. ѕри выполнении моделировани€ существует три важных этапа: предварительна€ обработка данных, решение и последующа€ обработка данных. ƒавайте обсудим этап предварительной обработки при моделировании методом конечных элементов, в частности, важность построени€ качественной сетки.

ѕостроение конечно-элементной сетки

јнализ методом конечных элементов (ћ Ё/FEA) Ц это математическое представление физической системы, состо€щей из детали или узла, свойств материала и граничных условий. ¬ некоторых ситуаци€х приблизительный расчет поведени€ продукта в реальном мире не может быть выполнен простыми ручными расчетами. ћ Ё €вл€етс€ удобным методом представлени€ сложного поведени€ путем точного отражени€ физических €влений с помощью дифференциальных уравнений. јнализ методом конечных элементов €вл€етс€ зрелым и вполне демократичным способом, поэтому пользоватьс€ им могут как инженеры-конструкторы, так и другие специалисты.

ѕостроение сетки Ц один из важнейших этапов точного моделировани€ методом конечных элементов. —етка состоит из элементов, содержащих узлы (координаты в пространстве, которые могут варьироватьс€ в зависимости от типа элемента), формирующие геометрию. –ешатель конечно-элементного анализа не может работать с неправильными формами. √ораздо лучше он работает с обычными формами, такими как кубы. ѕостроение сетки Ц это процесс Ђпревращени€ї неправильных форм в более правильные, называемые Ђэлементамиї.

¬ начале процесса моделировани€, перед созданием сетки, необходимо загрузить геометрию или CAD-модель, например, в Ansys Mechanical.

 ак подготовить CAD-модель или геометрию к построению сетки

ѕри использовании ѕќ дл€ моделировани€ методом конечных элементов, например Ansys Mechanical, важно определить, какие элементы CAD-модели переносить, а какие Ц нет. „асто CAD-геометри€, создаваема€ дл€ производственных целей, слишком сложна и детализирована. ѕри моделировании не все детали могут быть нужны, поэтому дл€ экономии времени они удал€ютс€.

Ќапример, к изделию может быть прикреплен шильдик, который не вли€ет на Ќƒ— издели€, поэтому его можно удалить из модели Ц это ускорит создание сетки и решение задачи.

 онечно-элементна€ сетка дл€ прочностного анализа

„тобы избежать выполнени€ потенциально ненужного анализа, с помощью Ansys Space—laim шильдик был удален из геометрии

≈ще одним важным аспектом подготовки CAD-модели €вл€етс€ описание взаимосв€зи между двум€ или более част€ми геометрии. Ќапример, если элементы геометрии имеют общие узлы или стороны (ребра), важно решить, будет ли это конформна€ или неконформна€ сетка.  онформна€ сетка используетс€ дл€ деталей, соединенных клеем или сварными швами. Ќеконформна€ сетка используетс€ дл€ деталей, соединенных, например, через шарнирное зацепление или контакт. ¬ Ansys Mechanical вы можете смешивать эти подходы в соответствии с вашими потребност€ми.

“ипы сетки: тетраэдрическа€ и гексаэдрическа€

—уществует два основных типа построени€ сетки. ѕоэтому обычно мы называем 3D-модели так:

  • —етка на основе тетраэдрических элементов, или Ђtetї.
  • —етка на основе гексаэдрических (шестигранников) элементов, или Ђhexї.

ѕостроение сетки на основе гексаэдрических или Ђbrickї элементов обычно дает более точные результаты при меньшем количестве элементов по сравнению с tet-элементами. ќднако если речь идет о сложной геометрии, то лучше выбрать tet-элементы. Ётих методов, доступных по умолчанию, может быть достаточно дл€ того, чтобы достичь желаемого результата. ќднако существуют дополнительные методы, которые позвол€ют получить больше контрол€ над сеткой.

√ибридна€ сетка

 онечно-элементна€ сетка дл€ прочностного анализа

√еометри€ трубного соединени€, гибридна€ сетка, построенна€ в Ansys Mechanical

¬ Mechanical можно использовать метод Multizone. ќн представл€ет собой гибрид hex- и tet-элементов, позвол€ющий создавать разные части геометрии разными методами. Ёто дает возможность ускорить этап подготовки геометрии и более гибко управл€ть размерами элементов, локально и в целом по объему.

—етка, построенна€ методом Sweep

ѕри использовании метода Sweep сетка фактически Ђпрот€гиваетї объем и грани вдоль некой направл€ющей, что помогает построить регул€рную сетку.

¬ыбор метода построени€ сетки обычно зависит от типа анализа (€вного или не€вного) или физики, с которой вы работаете, а также от уровн€ точности, которого нужно достичь. —уществует несколько других вариантов Ц построение декартовой или тетраэдрической сетки. ќни используютс€ дл€ специфических видов анализа, например в аддитивном производстве.

Ёлементы управлени€ сеткой

Ёлементы управлени€ сеткой позвол€ют получить более качественную сетку. Ansys Mechanical дает возможность выполн€ть локальную адаптацию сетки, в противовес работе с глобальным размером сетки.   элементам локального управлени€ относ€тс€: локальное изменение размеров, степень детализации геометрии на основе размера элементов, область адаптации и др.

 онечно-элементна€ сетка дл€ прочностного анализа

—етка, построенна€ дл€ геометрии рамы мотоцикла, с отмеченными сварными соединени€ми

¬озьмем в качестве примера раму мотоцикла. ƒопустим, вам нужно построить сетку дл€ всей геометрии по общему принципу. ќднако в местах сварных и болтовых соединений вы хотите использовать другой метод построени€ сетки. »спользование локальных элементов управлени€ позвол€ет создать более детализированную сетку в нужных местах в противовес разбиени€ всей модели на мелкие элементы.

ѕочему важна качественна€ сетка?

√овор€ простым €зыком, качественна€ сетка Ц это более точные результаты. ѕлоха€ сетка может вызвать трудности в достижении сходимости, что может привести к неправильным результатам и ложным выводам.  ачество сетки зависит от нескольких аспектов:

  • типа анализа, который вы выполн€ете;
  • количества времени, которое вы готовы потратить на создание сетки;
  • количества времени, которое вы готовы потратить на решение задачи.

¬ некоторых случа€х вам может понадобитьс€ быстрое решение. “огда вы можете не тратить много времени на настройку сетки. ¬ других случа€х вам может понадобитьс€ очень точный результат, что потребует некоторого времени и усилий на настройку сетки с помощью различных методов и элементов управлени€.

’ороша€ сетка соответствует вашим критери€м качества, завис€щим от ваших потребностей (типа анализа, уровн€ точности, времени). Ќапример, это могут быть качество элементов и соотношение сторон элементов. ћы рекомендуем хорошо разобратьс€ в вашей геометрии и использовать элементы управлени€. ¬ результате это приведет к улучшению конструкции издели€.


”знать больше о работе с сеткой в Ansys Mechanical вы можете на вебинарах:

—оздание сеток оболочечно стержневых систем в Ansys DesignModeler

ѕрименение адаптивной сетки дл€ задач пластического деформировани€ в Ansys Mechanical



¬акансии:

јктуальное обсуждение

RSS-лента комментариев

ƒавид Ћевин
ƒавид Ћевин
ќт редактора:  ак искусственный интеллект защищал Ђ√еометрическое моделированиеї Ќ.Ќ. √олованова от пиратства isicad.ru
ѕроект ЂЌародное —јѕ–-интервьюї

—лучайна€ стать€:

isicad Top 10

—амые попул€рные материалы

   ‘орумы isicad:

isicad-2010 isicad-2008
isicad-2006 isicad-2004

ќ проекте

ѕриглашаем публиковать на сайте isicad.ru новости и пресс-релизы о новых решени€х и продуктах, о проводимых меропри€ти€х и другую информацию. јдрес дл€ корреспонденции - info@isicad.ru

ѕроект isicad нацелен на

  • укрепление контактов между разработчиками, поставщиками и потребител€ми промышленных решений в област€х PLM и ERP...
ѕодробнее

»нформаци€ дл€ рекламодателей


¬се права защищены. © 2004-2021 √руппа компаний «Ћ≈ƒј—»

ѕерепечатка материалов сайта допускаетс€ с согласи€ редакции, ссылка на isicad.ru об€зательна.
¬ы можете обратитьс€ к нам по адресу info@isicad.ru.