9. Руководство по моделированию

9.1. Правильный выбор элемента

Конечноэлементное моделирование во многих случаях больше похоже на искусство, чем на науку, так как качество результатов находится в зависимости от качества вашей модели. Одна из наиболее общих ошибок, которую начинающий специалист по конечноэлементному анализу совершает в моделировании, состоит в простом моделировании только геометрии, а не в совместном моделировании одновременно как геометрии, так и физического поведения реальной конструкции. Следующие общие правила разработаны для того, чтобы внедрить немного больше научных оснований в искусство конечно-элементного моделирования:

• Выбор наиболее подходящего элемента.

• Плотность сетки.

• Сеточные переходы.

• Узловые напряжения.

• Согласующееся нагружение.

• Симметрия.

Вышеперечисленные правила никоим образом нельзя считать полными; однако, они могут служить хорошей отправной точкой. Не существует ничего лучше для хорошего моделирования, чем опыт. Существует также хорошая практика моделирования для того, чтобы воспроизводить и обосновывать новую возможность или особенность, которую вы не использовали прежде для малой фототипической модели, перед применением этой особенности для основной рабочей модели. Методы верификации моделей будут описаны дальше.

MSC/NASTRAN содержит обширную библиотеку структурных элементов. Во многих ситуациях некоторые элементы обладают возможностью моделировать одни и те же структурные эффекты. Критерии выбора элемента могут включать их возможности (например, может ли он описывать анизотропные свойства материала), его цена (чем больше степеней свободы имеет элемент, тем дороже он стоит), и/или его точность.

Во многих случаях выбор наилучшего элемента для конкретного приложения может не быть очевидным. Например, в модели пространственной рамы вы можете выбрать для использования CROD‑ элементы, если граничные моменты не нужно определять, или использовать CBAR- элементы, если граничные моменты должны быть определены. Вы можете использовать СВЕАМ-элементы с депланацией, если структурные элементы имеют поперечные сечения открытого профиля и оценки показывают что сдвиговые напряжения могут достигать значительных величин. Вы даже можете выбрать структурные элементы, создаваемые из ансамблей плоских или объемных элементов. Выбор типа и количества элементов, необходимых для использования зависит, в первую очередь, от вашей оценки тех эффектов, которые необходимо описать в создаваемой модели для того, чтобы достичь необходимую точность с приемлемыми затратами.

В этом контексте критичным является наличие достаточно хорошего представления о реальном поведении конструкции перед созданием конечноэлементной модели. Наилучшим источником такого понимания обычно является опыт исследования аналогичных конструкций. Другими словами, понимание траектории нагружения является решающим моментом в выборе наиболее подходящего элемента. Кроме того, серия прикидочных расчетов может, обычно, обеспечить приблизительные оценки интенсивности напряжений. Такие вычисления рекомендуется проводить всегда. Если достаточно хорошее представление о поведении конструкции отсутствует, вы можете быть введены в заблуждение ошибочными результатами, вытекающими из некорректных предположений, использованных при подготовке исходных данных.

Следующие общие положения обеспечивают помощь в выборе "правильного" элемента для вашей задачи.