Autodesk Simulation. Переделка конструкторской модели в расчетную. Канистра

Пятое сообщение из серии. Сегодня снова поговорим о вопросах которые могут возникнуть при расчете пластинчато-оболочечных конструкций.

Читать далее...

Предположим, Вы следовали рекомендациям, которые прозвучали в прошлый раз и перестроили конструкцию в CAD системе типа Inventor'а, полностью по срединным поверхностям (Midsurface). При этом, раз Вы воспользовались рекомендациями, Вы сделали так, чтобы в конструкции не было зазоров, и все поверхности так или иначе касались друг друга.

Но при этом, геометрия с которой приходится работать, несколько отличается от плоского проката. Возможно, конструкция создана на базе элементов, которые когда-то были прокатом, как в данном случае. Но в рамках конструкции мы получили не только плоские объекты. Раз у нас объекты не плоские, а криволинейные: поверхности на базе дуг, эллипсов, сплайнов; цилиндрические поверхности с одной кривизной, параболические, гиперболические и просто поверхности с двойной кривизной... Да еще и произвольным образом стыкующиеся между собой, то у нас возможны две проблемы:

• углы близкие к нулю
• сложная криволинейная геометрия

Откуда берутся подобные углы близкие к нулю? Обычно они берутся, когда у нас на поверхности (грани) кромки сходятся по касательной. Иногда они сходятся не по касательной, но касательные к кромкам/ребрам образуют малый угол. Угол который меньше допустимого с точки зрения разделения на качественный и не качественный элементы.

Чем плохи "нулевые углы"?.. Всем! А именно своим существованием. Во первых это концентратор, в котором напряжения будут стремиться в бесконечность. Во вторых это генератор "вырожденных" т.е. плохих элементов. Причем, что обидно, чем мельче Вы будете делать сетку - тем хуже она будет в подобном углу. 

Что же делать? Один из вариантов уже был описан - сделать в данном месте более грубую сетку. Чем мельче размер сетки - тем острее угол (приближается к нулю), и тем больше соотношение минимальной стороны элемента, к максимальной. Следовательно размер элемента в данном углу выбирается таким образом, чтобы и угол и соотношение между сторонами были на пределе допустимого, но чуть лучше.

Есть ли случаи, когда ни один из предложенных вариантов не является приемлемым? В принципе да. Если у нас ребра геометрии сходятся не по касательной, а просто под постоянным но малым углом - тут как не загрубляй сетку - все равно элемент на "острие" всегда будет вырожденным. В этом случае читаем далее.

Второй вариант. В жизни в  подобных местах тоже возникают проблемы, и на самом деле редко когда угол получается нулевым. То из-за ограничений производства там нет касательности и угол мал, но не нулевой.. То у нас там сварка (к примеру), которая также вносит свои коррективы... То там ставят дополнительную "латку" иногда в дополнение, иногда вместо подобного узла, ибо в жизни там тоже будут проблемы. Следовательно и в КЭ модели нужно сделать тоже самое. Если есть возможность - можно в ручном режиме сместить узлы элементов в области подобного проблемного угла (либо применить инструмент "smoth" - сглаживание). Если нет - внести изменения непосредственно в геометрической модели, которые избавят нас от данной проблемы (например создать латку). Позже данный пример будет рассмотрен более детально.

В некоторых программах есть и другие варианты. Например CAE программа может разбивать геометрию не точно, а приближенно игнорируя мелкие геометрические элементы. В некоторых программах есть специальные "вырожденные" конечные-элементы. КЭ которые были изначально созданы для нормальной работы в случаях когда другие не справляются. Подобные элементы часто используют для решения задач с трещинами.

В общем, как видно малые углы - это, в целом, решаемая проблема. И давайте перейдем ко второй проблеме которая связана с тем что наша геометрия не плоская. В этом случае у нас могут вылезти проблемы, также перечисленные на рисунке выше:

• провалы в сетке
• несовместная сетка

А продемонстрировано это на рисунке ниже:

С чем связаны провалы, я как-то не берусь сказать, наверное это и как в прошлый раз просто "глюки". Глюки из разряда тех, что у всех бывают. А вот несовместность сетки прокомментирую. Про сетку говорят, что она несовместна, когда например, две "логические" части конструкции разбиты по разному и некоторые из узлов "висят в воздухе". Иногда бывает еще хуже - визуально сетка совпадает, но в реальности в одной точке находится несколько узлов принадлежащих разным частям конструкции и при этом не связанных между собой. Более подробно этот вопрос будет рассмотрен позже.

Почему получается подобная несовместная сетка? Более подробно будет в следующем сообщении, а пока коротко. Autodesk Simulation делает совместную стеку для тех поверхностей у которых кромки одной лежат на поверхности другой. При этом в случае сложной геометрии иногда получаются проблемы. Даже если Вы строили геометрию на базе одних и тех же эскизов, и дотягивали поверхности одну до другой с помощью инструментов CAD. 

При этом если в CAD, например в Inventor,  у Вас все в порядке, то это, увы, не значит, что так все и останется после импорта в AS или другую программу (не обязательно  CAE, может быть в другой CAD). Происходит это в следствие разных принципов в описании геометрии, и некоторых проблем с численной точностью описания кривых и поверхностей.

Васильев Антон для adsk.tmm-sapr.org