Зависимость: качество МКЭ сетки - качество результатов

[Guterfreund]

Добрый день!

Наткнулся на один исследовательский труд группы американских ученых, анализирующих влияние качества МКЭ модели на адекватность результатов при расчете зоны соединения патрубка с обечайкой сосуда, работающего под давлением.

Среди рекомендаций по качеству МКЭ сетки обозначено следующее: в зоне соединения патрубка с обечайкой необходимо применять не менее 96 элементов по окружности сварки (для линейных элементов); при использовании параболических элементов допускается меньшее их количество, но после следующих проверок: анализ конвергенции и др.

Вопрос: знает ли кто-нибудь, что за анализ конвергенции такой существует для проверки адекватности модели при линейной постановке.

Мной лично проводились пробные расчеты на выявление влияния качества сетки на результаты. Могу сказать сразу, что разницы между 96 элементами и 45 элементами на длине окружности я не увидел. Как вообще возникают такие цифры есть варианты?

[Aleksey]

Вопрос: знает ли кто-нибудь, что за анализ конвергенции такой существует для проверки адекватности модели при линейной постановке.

- не встречал такого ....

количество элементов по окружности сварки может зависеть от диаметров и толщин патрубка и обечайки - и в каждом конкретном случае будет свое.
А цифра 96 - ? При достаточно небольших размерах патрубка размер элемента получится маленкький - что само собой приведет к ошибкам решения особенно в зонах концентрации

Как вообще возникают такие цифры есть варианты?

- как вариант, попытка стандартизировать однотипные расчетные схемы

[Guterfreund]

А как связать размер элемента с толщиной и диаметром патрубка (обечайки)?

Можете дать какие-нибудь общие рекомендации или закономерности?

[Aleksey]

В общем случае, для тонкостенных оболочечных элементов размер элемента д. б. равен толщине патрубка или обечайки - чаще всего срабатывает.
Для твердотельных элементов для учета изгиба по толщине стенки количество элементов д.б. минимум два - три по толщине.

[Guterfreund]

А как понять фразу "чаще всего срабатывает"? Где критерии того, что что-то не срабатывает? Ведь при более крупной сетке мы получим также результаты. Как определить, что они "не сработали"?

[Aleksey]

Опыт работы прочнистом.
При создании расчетной схемы всегда анализируется сходимость результатов. Просчитываются разные варианты с разными сетками. Делаются соовтетствующие выводы на основании результатов и решается "срабатывает или нет"

[Guterfreund]

Странно!

Специально сделал тестовую модель (патрубок с обечайкой). Расчетная программа Ansys. При различной сетке результаты отличаются не более чем на 5 % (даже в концентраторе). Элементы Shell.

[Aleksey]

Зависит от того насколько отличается размер элемента.

[Guterfreund]

Результаты: 20 элементов на обод и 196 элементов на обод - напряжения вне зоны концентрации (отступ на величину катета сварного шва) различаются не более чем на 1 МПа.

Напряжения в зоне концентрации (пересечение патрубка и обечайки) с 196 элементами на ободке выросли на 11%. Для непосредственно зоны концентрации возможно это и имеет значение.

Тут возникает вопрос: на сколько грамотно брать напряжения в зоне концентрации (пресечение патрубка и обечайки) из модели с Shell элементами дял оценки циклической прочности? Ведь это вынужденный концентратор, которого в реальности нет (нет прямого угла, есть сварной шов). Возможно нужно делать субмодели и моделировать все как есть? Или проводились тесты, которые показали сходимость результатов даже с Shell элементами?

Вопрос очень интересный, потому что оценку напряжений в концентраторе с помощью Shell элементов я видел не только у Вас.

[Aleksey]

Действительно сложный вопрос.

Пока нет руководящих документов, то приходится пользоваться собственными наработками.

В свое время проводил сравнительный анализ схем с применением оболочечных элементов и объемных. Сходимости результатов можно добиться.

[Guterfreund]

Спасибо!

[lightcat]

В свое время проводил сравнительный анализ схем с применением оболочечных элементов и объемных. Сходимости результатов можно добиться.

Хотелось бы посоветоваться с Вами по поводу применения оболочечных элементов и объёмных. Мне по работе приходится сталкиваться в основном с расчётом корпусов теплообменных аппаратов, которые представляют собой "коробку", сваренную из шести плит. При необходимости на плиты привариваются рёбра. Уже много лет я моделирую конструкцию для расчёта с помощью оболочечных элементов SHELL3 или SHELL4 (речь идёт о ПК COSMOS\M), геометрию строю непосредственно в самом COSMOS'е. Сейчас начал вставать вопрос о том, чтобы считать конструкции, уже построенные в КОМПАС'е или SOLID'е. Но конструктора строят модели ведь не оболочечные, а твердотелые. Пыталась считать простые модели с помощью объемных элементов и сравнивать с результатами прошлых расчётов (с оболочечными элементами) и результаты расходятся значительно. Отсюда напрашивается вопрос: как понять, в каком случае какими элементами моделировать? И почему при одинаковых геометрии, нагрузках и закреплениях различаются результаты расчётом для объёмных и оболочечных моделей?

[Aleksey]

Объемными элементами обычно пользуюся для толстостенных оболочек, при расчете температурных напряжений и т.п.

Для тонкостенных конструкций удобней пользоваться оболочечными элементами, т.к. проще оценивать полученные результаты расчета

[PASSAT designer]

Есть такая американская фирма Paulin Research Group (http://www.paulin.com), на сайте которой можно найти много полезной информации, в том числе и по применению различных типов элементов и оценке напряжений как от статической, так и циклической нагрузок.
С использованием их методики по учету жесткости сварных швов и оценке напряжений в районе сварного шва при применении оболочковых элементов, мы создали свою программу "Шуцер-МКЭ" (аналог NozzlePRO) для расчета врезок. В отличие от NozzlePRO допускаемые напряжения при оценке прочности в нашей программе зависят от качества разбивки.
Более подробно ознакомиться с методикой, используемой в программе, можно в статье (http://www.truboprovod.ru/articles/CadM ... pe_MKE.pdf).

[lightcat]

Для тонкостенных конструкций удобней пользоваться оболочечными элементами, т.к. проще оценивать полученные результаты расчета

Почему именно проще? А если, например, те же температурные напряжения? Или контактная задача?
Кстати, а можно ли контактную задачу решать оболочечными элементами? Кстати, и стоит ли вообще заниматься контактной задачей в COSMOS'е или лучше заняться изучением ANSYS'а?