Проверка результатов анализа МКЭ. Часть II

Независимо от того, что мы проектируем, жизнь проверит это в конце, но мы предпочитаем знать, есть ли у нашего проекта шанс на выживание, прежде чем произойдет какой-либо крупный коллапс.

Вот почему проверка результатов анализа МКЭ является очень важной вещью.

Когда вы решаете известную проблему, это легко сделать. Вы просто сравниваете результат ваших расчетов с правильными известными результатами и на этом можно остановиться.

Но обычно вы не знаете правильного ответа, верно? Тогда все становится немного сложнее. Ниже приведен небольшой процесс из 6 шагов, который поможет вам быть более уверенными в своих расчетах!

1. Проверьте форму деформаций

В данном контексте форма деформации важнее ее значения! Проверка того, как выглядит форма деформации, дает вам возможность подумать о том, работает ли модель так, как задумано! Это не проверка кода или требование, которое будет у вашего клиента. Этот шаг только для вас, так как он позволяет увидеть, все ли прошло хорошо.

Обратите внимание, что может потребоваться значительно увеличить масштаб деформаций, чтобы увидеть поведение модели. Опять же: речь идет не о значении деформации, а о ее форме!

2. Проверьте значения деформаций

Проверка значений деформации может быть немного сложной. Это связано с тем, что программное обеспечение обычно автоматически масштабирует деформации в зависимости от размера модели. Это означает, что то, что вы видите на экране, не является фактической деформированной формой, а скорее фигурой с коэффициентом масштабирования, выбранным программным обеспечением автоматически.

Это обычно хорошая функция, но она может сильно вводить в заблуждение. Обязательно установите шкалу деформации на 1,0 и оцените визуально фактический масштаб.

3. Проверьте силы реакции

Здесь есть несколько вещей, которые вас должны заинтересовать:

• Во-первых, проверьте, все ли упрощения в сделанных вами опорах все еще сохраняются.
  
  Если вы смоделировали цветочный горшок, стоящий на столе, вы, возможно, упростили определение контакта и ограничили перемещения на всей нижней поверхности. Великолепно, если только вы не получили силу растяжения в плоскости стола! Такая нагрузка там не могла появиться (если, конечно, горшок не приклеен).
  
  Имея это в виду, если вы получите силу реакции растяжения в таком закреплении, вы знаете, что предположение, которое вы сделали (игнорировать контакт), не соответствует реальности! Это очень распространенная ошибка, которая может привести к большим ошибкам в граничных условиях.

• Проверьте баланс сил и реакций.
  
  Если вы не делаете серьезный динамический анализ, приложенные силы должны находиться в равновесии с силами реакции. Поскольку вы обычно знаете, сколько нагрузки вы применили (полезно знать), просто проверьте общую силу реакции в любом заданном направлении и посмотрите, соответствует ли значение общей нагрузки в этом направлении. Так и должно быть! Если нет, то что-то пошло не так.

• Проверьте "мягкие пружины" (они же "воздушные крючки"). 
  
  Время от времени вы будете сталкиваться с проблемами, которые вызваны нестабильностью системы. Скорее всего, вы стабилизируете ее с помощью очень мягких пружины (иногда называемых "воздушными крючками"). Это полностью фиктивная (искусственная) поддержка, но она помогает с проблемой сходимости численных методов. 
  
  Когда вы закончите анализ, очень хорошей идеей будет проверить силы реакции в этих мягких пружинах. Поскольку реальной поддержки там нет, сила реакции должна быть минимальной! Если это не так, вам нужно переосмыслить жесткость пружин или места, куда вы их добавили. Если вы несколько раз меняли расположение мягких пружин, и все равно получаете огромные силы в воздушных крючках, может быть, ваша модель настолько нестабильна, что просто не будет работать?

• Учитывайте граничные условия, которые вы добавили
  
  Если у вас есть сомнения относительно того, какие граничные условия использовать, используйте оба набора и сравнивайте результаты. Таким образом, вы увидите, будет ли предположение, в котором вы не уверены, играть какую-либо значительную роль в дизайне.
  
  Кроме того, благодаря тому, что вы можете взглянуть на деформированную модель в обоих случаях, вы сможете решить, какое решение более реалистично.

4. Взгляните на напряжения

Обычно это делают, проверяя приемлем ли уровень напряжений. Но цель здесь не в том, чтобы оценить, является ли часть, которую вы рассчитали, хорошей или нуждается в усилении. Мы проверяем, имеют ли результаты, которые мы получаем, какой-либо смысл вообще?

По умолчанию ваше программное обеспечение, скорее всего, покажет вам осредненные значения напряжений. Возможно, это не идеальный подход. Просто найдите место, где используется осреднение, и выключите его. Вы будете удивлены, насколько могут измениться результаты!

Если различия в напряжениях велики для соседних элементов, вы должны рассмотреть возможность уточнения сетки в этой области! Может возникнуть логичный вопрос, какие отклонения допустимы? Ответ на него вы найдете в нашей статье "ГОСТ Р 57700.10-2018. Численное моделирование физических процессов", где мы привели основные требования и критерии к КЭМ из ГОСТ Р 57700.10-2018.

А именно:

Обычно существует несколько вариантов отображения результатов в вашем программном обеспечении. Узнайте о них и используйте их с умом.

5. По возможности, делайте аналитические расчеты!

Этот пункт оставим без комментариев, вы и так это умеете ;)

В заключении, рекомендуем ознакомиться с первой статьей из серии верификации моделей "Проверка результатов анализа методом конечных элементов. Часть I".