完全积分 — CAE术语解说
完全积分
老师,在FEM的单元设置中出现"完全积分"和"低次积分"的选项,请问完全积分中什么是"完全"的呢?
定义
是说积分点的数量是"完全"的吗?
是的,就是使用精确积分单元刚度矩阵中所含多项式所需的最少高斯积分点的方法。例如一次8节点六面体单元使用2×2×2=8个积分点。这样可以无误差地精确评估刚度矩阵的被积函数。
如果能精确积分的话听起来全是优点,但应该也有缺点吧?
确实有一个麻烦的问题叫"锁定"。特别是在弯曲变形占主导的薄板或近似非压缩性材料的分析中,完全积分单元会表现得比实际更硬。薄钢板冲压成形分析中使用完全积分的话,变形量只有实际测量值的一半左右,这种情况在实际中很常见。
构造解析中的角色
那么完全积分适用的情况和应该避免的情况是有区别的吧?
是的。厚壁压力容器或块状零件这类体积变化而非弯曲占主导的问题中,完全积分很稳定可靠。相反,薄板或细长梁状结构的分析中,使用低次积分或B-bar法来避免锁定是标准做法。
那低次积分就不会出现锁定吗?
低次积分可以避免锁定,但会带来另一个问题——沙漏模式(零能量模式)的风险。完全积分的优点是不会产生沙漏模式。换句话说,完全积分和低次积分各有利弊,所以根据问题的类型(弯曲主导还是体积变化主导)选择合适的积分方法很重要。
相关术语
请教我完全积分周围需要一起记住的术语。
这4个术语一定要一起理解。
锁定和低次积分确实是完全积分的正反两面啊。单元选择的判断标准开始清晰了。
单元类型的选择直接影响分析结果的可信度。拿不准的时候,先试试低次积分+沙漏控制,然后和完全积分的结果对比是个好方法。
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