模具制訂分析方案

1、September 30, 1998,B-1,Introduction to ANSYS - Release 5.5 (001128),模具制訂分析方案,,September 30, 1998,B-2,Introduction to ANSYS - Release 5.5 (001128),通?？紤]的分析因素,制訂分析方案是很重要的。一般考慮下列問題： 分析領(lǐng)域 分析目標(biāo) 線性/非線性問題 靜力/動力問題 分析細(xì)節(jié)

2、的考慮 幾何模型對稱性,奇異 單元類型 網(wǎng)格密度 單位制 材料特性 載荷 求解器,September 30, 1998,B-3,Introduction to ANSYS - Release 5.5 (001128),通?？紤]的分析因素（續(xù)）,制訂得分析方案好壞直接影響分析的精度和成本（人耗工時，計算機(jī)資源等），但通常情況下精度和成本是相互沖突，特別是分析較大規(guī)模和具有切割邊界的模型時更為明顯。一個糟糕的分析

3、方案可能導(dǎo)致分析資源緊張和分析方式受得限制。,September 30, 1998,B-4,Introduction to ANSYS - Release 5.5 (001128),確定合適的分析學(xué)科領(lǐng)域,,實體運(yùn)動，承受壓力，或?qū)嶓w間存在接觸施加熱、高溫或存在溫度變化恒定的磁場或磁場電流（直流或交流）氣（液）體的運(yùn)動，或受限制的氣體/液體以上各種情況的耦合,準(zhǔn)則,September 30, 1998,B-5,Introduc

4、tion to ANSYS - Release 5.5 (001128),分析目的,分析目的直接決定分析近似模型的確定。分析目的，就是這樣一個問題的答案：“利用FEA我想研究結(jié)構(gòu)哪些方面的情況？”,結(jié)構(gòu)分析:要想得到極高精度的應(yīng)力結(jié)果，必須保證影響精度的任何結(jié)構(gòu)部位有理想 的單元網(wǎng)格，不對幾何形狀進(jìn)行細(xì)節(jié)上的簡化。應(yīng)力收斂應(yīng)當(dāng)?shù)玫奖ＷC，而任何位置所作的任何簡化都可能引起明顯誤差。在忽略細(xì)節(jié)的情況下，使用相對較粗糙的單元網(wǎng)格計算轉(zhuǎn)角和

5、法向應(yīng)力。復(fù)雜的模型要求具有較好的均勻單元網(wǎng)格，并允許忽略細(xì)節(jié)因素。,準(zhǔn)則,September 30, 1998,B-6,Introduction to ANSYS - Release 5.5 (001128),分析目的(續(xù)),模態(tài)分析:簡單模態(tài)振型和頻率可以忽略細(xì)節(jié)因素而使用相對較粗糙的單元網(wǎng)格進(jìn)行分析計算。熱分析：溫度分布梯度變化不大時可以忽略細(xì)節(jié)，劃分均勻且相對稀疏的單元網(wǎng)格。當(dāng)溫度場梯度較大時，在梯度較大的方向劃分細(xì)密

6、的單元網(wǎng)格。梯度越大，單元劃分就越細(xì)密。利用一個能同時模擬兩個物理場的模型求解溫度和熱耗散應(yīng)力，但熱和應(yīng)力模型都是相對獨立的。,September 30, 1998,B-7,Introduction to ANSYS - Release 5.5 (001128),線性 / 非線性分析,“我的物理系統(tǒng)是在線性還是非線性狀態(tài)下工作？線性求解能滿足我的需要嗎？如果不能，必須考慮哪種非線性特性？” 許多情況和物理現(xiàn)象都要求進(jìn)行非線性計算。,,

7、,,,F,u,,,,,September 30, 1998,B-8,Introduction to ANSYS - Release 5.5 (001128),線性 / 非線性分析(續(xù)),1. 幾何非線性2. 材料非線性3. 不斷變化的工作狀態(tài)造成的非線性,非線性最大的特性就是變結(jié)構(gòu)剛度。它由多種原因引起的，其中主要有以下三個方面的因素：,September 30, 1998,B-9,Introduction to ANSYS - R

8、elease 5.5 (001128),線性 / 非線性分析(續(xù)),幾何非線性—大變形/大轉(zhuǎn)角―當(dāng)結(jié)構(gòu)位移相對于結(jié)構(gòu)最小尺寸顯得較大時，該因素不可忽略。如，鉤魚桿前稍承受較小的橫向載荷時，會產(chǎn)生很大的彎曲變形。隨著載荷增加，鉤魚桿的變形增大而使彎矩的力臂減小，結(jié)構(gòu)剛度增加。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

9、,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,A,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

10、,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,B,,,,,FTIP,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,uTIP,,,A,B,,,,,

11、,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,準(zhǔn)則,September 30, 1998,B-10,Introduction to ANSYS - Release 5.5 (001128),線性 / 非線性分析

12、(續(xù)),幾何非線性(續(xù))應(yīng)力剛化 (也稱作幾何或微分剛化 ) — 如果一個方向的應(yīng)力明顯引起其他方向的剛度時，這個效應(yīng)十分重要。 受拉纜繩或薄膜，或者旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)都是典型的例子。ANSYS只要作簡單設(shè)置就能將幾何非線性考慮進(jìn)來，并建議完全不考慮幾何非線性時也最好打開應(yīng)力剛化開關(guān)。,September 30, 1998,B-11,Introduction to ANSYS - Release 5.5 (001128),,線性 / 非線性分

13、析(續(xù)),材料非線性線彈性是基于材料的應(yīng)力和應(yīng)變關(guān)系是常數(shù)關(guān)系的假設(shè)―“彈性模量”或“楊氏模量”為常數(shù)。因此，非線性材料應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系是非線性的。,應(yīng)變,,,,應(yīng)力,彈性模量(EX),應(yīng)變,,,應(yīng)力,屈服點,,,,.,.,,材料極限,,塑性應(yīng)變,,,,September 30, 1998,B-12,Introduction to ANSYS - Release 5.5 (001128),線性 / 非線性分析(續(xù)),材料非線性(

14、續(xù))實際當(dāng)中，沒有那種材料的應(yīng)力 － 應(yīng)變關(guān)系是完全遵循線性關(guān)系的，線性假設(shè)只不過是一種近似處理。對于大多數(shù)工程材料而言，在外載荷不足使結(jié)構(gòu)破壞情況下，這種近似是非常好的，能較好地確定設(shè)計中的許可應(yīng)力或應(yīng)力限值。ANSYS規(guī)定的非線性材料特性：塑性 — 永久的，不隨時間變化的變形蠕變 — 永久的，隨時間變化的變形非線性彈性粘彈 — 類似玻璃的材料超彈 — 類似于橡膠的材料,September 30, 1998,B-13,

15、Introduction to ANSYS - Release 5.5 (001128),線性 / 非線性分析(續(xù)),材料非線性(續(xù))一些結(jié)構(gòu)存在局部屈服，即在一些小的區(qū)域內(nèi)應(yīng)力超過了屈服極限（“彈性極限”）。與結(jié)構(gòu)線性假設(shè)相反，充分考慮材料非線性特性并不會改變遠(yuǎn)離屈服區(qū)域的應(yīng)力場，甚至不改變這些區(qū)域內(nèi)的總應(yīng)變（彈性和塑性應(yīng)變之和）。低周疲勞破壞計算完全不受其影響。,,,,,僅僅在孔周圍發(fā)生屈曲,,September 30, 1998

16、,B-14,Introduction to ANSYS - Release 5.5 (001128),線性 / 非線性分析(續(xù)),接觸和其它狀態(tài)改變的非線性這類非線性特性是隨狀態(tài)變化的，例如，只能承受張力的纜索的松馳與張緊；滾輪與支撐的接觸與脫開；凍土的凍結(jié)與解凍。隨著它們狀態(tài)的變化，它們的剛度在不同值之間顯著變化。,September 30, 1998,B-15,Introduction to ANSYS - Release 5.5

17、 (001128),靜力 / 動力分析,靜力求解能否滿足你的分析要求？如果不能，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行那種動力分析？動力分析的所有載荷都是隨時間變化的，但在許多情況下動力影響可以忽略不計。,一般情況下，激勵頻率低于結(jié)構(gòu)最小固有頻率的1/3時靜力求解就足夠了。慣性力是動力問題不同于靜力問題的關(guān)鍵之處。,準(zhǔn)則,September 30, 1998,B-16,Introduction to ANSYS - Release 5.5 (001128),高效率

18、建模技術(shù),在建立分析模型之前必須制訂好建模方案：必須考慮那些細(xì)節(jié)問題？對稱/反對稱/軸對稱？模型中存在應(yīng)力奇異？選用那種類型的單元？線單元殼單元X－Y平面單元平面應(yīng)力或應(yīng)變單元軸對稱單元諧單元實體單元專用單元線性單元/高階單元/P單元四邊形單元/三角形單元，塊單元/四面體單元,September 30, 1998,B-17,Introduction to ANSYS - Release 5.5 (001128

19、),高效率建模技術(shù) - 細(xì)節(jié)處理,對于分析不重要的細(xì)節(jié)不應(yīng)當(dāng)包含在分析模型中。當(dāng)從CAD系統(tǒng)傳一個模型到 ANSYS程序中時往往可以作大量的簡化處理。然而，諸如倒角或孔等細(xì)節(jié)可以是最大應(yīng)力出現(xiàn)的位置，這些細(xì)節(jié)對于你的分析目的是十分重要的。,帶倒角,不帶倒角,準(zhǔn)則,September 30, 1998,B-18,Introduction to ANSYS - Release 5.5 (001128),高效率建模技術(shù) - 對稱性模型,對稱

20、 — 當(dāng)物理系統(tǒng)的形狀、材料和載荷具有對稱性時，就可以只對實際結(jié)構(gòu)中具有代表性的部分或截面進(jìn)行建模分析，再將結(jié)果映射到整個模型上，就能獲得相同精度的結(jié)果。,物理系統(tǒng)對稱分析要求具有以下對稱性條件：幾何結(jié)構(gòu)對稱材料特性對稱具有零位移約束存在非零位移約束,定義,September 30, 1998,B-19,Introduction to ANSYS - Release 5.5 (001128),高效率建模技術(shù) - 對稱性模型(續(xù))

21、,對稱類型軸對稱即繞某一軸線存在對稱性，這類結(jié)構(gòu)如：電燈泡，直管，圓錐體，圓盤和圓屋頂。對稱面就是旋轉(zhuǎn)形成結(jié)構(gòu)的橫截面，它可以在任何位置。大多數(shù)軸對稱分析求解必須假定非零約束（邊界），集中力、壓力和體截荷均具有軸對稱。然而，如果截荷不存在軸對稱性，并且是線性分析，可以將截荷分成簡諧成分，進(jìn)行獨立求解（然后進(jìn)行疊加）。,定義,September 30, 1998,B-20,Introduction to ANSYS - Release

22、 5.5 (001128),高效率建模技術(shù) - 對稱性模型(續(xù)),對稱類型(續(xù))旋轉(zhuǎn)對稱即結(jié)構(gòu)由繞軸分布的幾個重復(fù)部分組成，諸如渦輪葉片這類物體。大多數(shù)旋轉(zhuǎn)對稱分析求解要求非零位移約束（邊界），集中力、壓力和體載荷應(yīng)具有對稱性。然而，如果載荷不對稱分布，并且如果是線性分析，它們可以利用周期對稱求解。,定義,September 30, 1998,B-21,Introduction to ANSYS - Release 5.5 (001

23、128),高效率建模技術(shù) - 對稱性模型(續(xù)),對稱類型(續(xù))平面 或 鏡面對稱即結(jié)構(gòu)的一半與另一半成鏡面映射關(guān)系，對稱位置（鏡面）稱為對稱平面。大多數(shù)平面對稱分析求解要求非零位移約束（邊界），集中力、壓力和體力應(yīng)當(dāng)對稱。但是，如果這些載荷不對稱，并且是線性分析，它們可以分成對稱或反對稱問題進(jìn)行獨立求解。,定義,該圖顯示了鏡面對稱和旋轉(zhuǎn)對稱,September 30, 1998,B-22,Introduction to ANSYS

24、- Release 5.5 (001128),高效率建模技術(shù) - 對稱性模型(續(xù)),對稱類型(續(xù))重復(fù) 或 平移對稱即結(jié)構(gòu)是由沿一直線分布的重復(fù)部分組成，諸如帶有均勻分布冷卻節(jié)的長管等結(jié)構(gòu)。該對稱要求非零位移約束，集中力、壓力和體載荷應(yīng)具有對稱性。,一個結(jié)構(gòu)可能由多個對稱平面，這樣就可以利用對稱性建立一個很小的等效分析模型。,定義,圖示模型具有鏡面對稱 (2X) 和 重復(fù)對稱,www.3722.cn 中國最大的資料庫下載,Sep

25、tember 30, 1998,B-23,Introduction to ANSYS - Release 5.5 (001128),高效率建模技術(shù) - 對稱性模型(續(xù)),在實際當(dāng)中，可以利用對稱模型進(jìn)行分析能獲得更好的分析結(jié)果，因為可以建立更精確、綜合考慮各細(xì)節(jié)的模型。這里有一個真實的軸對稱（3－D）模型。,準(zhǔn)則,September 30, 1998,B-24,Introduction to ANSYS - Release 5.5 (0

26、01128),高效率建模技術(shù) - 對稱性模型(續(xù)),在某些情況下，僅僅是那些較次要的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)破壞了結(jié)構(gòu)對稱性。有時，這些細(xì)節(jié)可以忽略（或認(rèn)為它們是對稱的），進(jìn)而利用對稱性的優(yōu)點建立更小的分析模型。這樣計算獲得結(jié)果的精度損失是很難估計的。,September 30, 1998,B-25,Introduction to ANSYS - Release 5.5 (001128),高效率建模技術(shù) - 應(yīng)力奇異,應(yīng)力奇異 是有限元模型中由于幾何構(gòu)

27、造或載荷引起彈性理論計算應(yīng)力值無限大。即使是奇異點，材料的非線性特性不可能允許應(yīng)力值出現(xiàn)無限增大情況，在理論上總體應(yīng)變也是有限的（許多設(shè)計準(zhǔn)則都是根據(jù)應(yīng)力制訂的，例如設(shè)計疲勞曲線，但實際上是基于應(yīng)變制訂的）。,在應(yīng)力奇異處:單元網(wǎng)格越是細(xì)化，越引起計算應(yīng)力無限增加，并且不再收斂。網(wǎng)格疏密不均勻時網(wǎng)格離散誤差也大小不一（自適應(yīng)網(wǎng)格劃分結(jié)果是失敗的或者網(wǎng)格錯誤）。,定義,September 30, 1998,B-26,Introduct

28、ion to ANSYS - Release 5.5 (001128),,,,,,,,,,,,,,,,,,,,高效率建模技術(shù) - 應(yīng)力奇異(續(xù)),September 30, 1998,B-27,Introduction to ANSYS - Release 5.5 (001128),高效率建模技術(shù) - 應(yīng)力奇異(續(xù)),一般應(yīng)力奇異發(fā)生情形：添加在節(jié)點上的集中載荷（集中力）與施加在與該節(jié)點相連單元上的均布或變化的面載荷（壓力）等相當(dāng)?shù)脑?/p>

29、，這些節(jié)點處就成為應(yīng)力奇異點。離散約束點導(dǎo)致非零反力的出現(xiàn)，就如同在節(jié)點上施加一集中力，這時約束點也就成為應(yīng)力奇異點。銳利（零半徑倒角）拐角處。,不常見的應(yīng)力奇異情形：由于在劃分單元網(wǎng)格時出錯，模型中存在的“裂縫”。曲邊單元中處在極不理想位置的中間點（ANSYS單元形狀檢查會發(fā)出警告）。嚴(yán)重扭曲的單元（ ANSYS單元形狀檢查會發(fā)出警告）。,September 30, 1998,B-28,Introduction to ANS

30、YS - Release 5.5 (001128),高效率建模技術(shù) - 應(yīng)力奇異(續(xù)),實際結(jié)構(gòu)中并不存在應(yīng)力奇異點 ― 它們是由于工程分析過程進(jìn)行簡化處理而引起的。沒有任何制造出來的部件是具有非常銳利的零半徑的倒角，所有載荷都是通過有限大小的壓力面來添加或傳遞到真實部件上去的。好的有限元模型仍然可能存在應(yīng)力奇異，但分析者必須知道應(yīng)力異附近區(qū)域的應(yīng)變和應(yīng)力是無效的。FEA模型還可以給出結(jié)構(gòu)承載響應(yīng)（甚至是應(yīng)力奇異點鄰近區(qū)域）的其它許多