圆板弯曲(周边固定·均布荷重) — 故障排除
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圆板弯曲(周边固定·均布荷重) — 故障排除
壳单元锁定
用壳单元求解时,得到的结果比理论值更硬。原因是什么?
膜锁定或剪切锁定的可能性很高。薄板($t/a < 0.01$)采用全积分壳单元容易发生。
对策:
- 低减积分单元(S8R、CQUAD8的REDUCED INTEGRATION)
- S8R5(薄板专用5自由度单元)
- 细化网格可以减少锁定的影响,但无法根本解决
改用低减积分后,沙漏模式会不会出现问题?
8节点壳的低减积分通常不会产生面外沙漏模式。问题在于4节点壳(S4R)的情况,当网格粗糙时会出现面外沙漏。本问题采用S8R及以上单元时是安全的。
中心应力异常
中心处的应力有时会异常偏大,怎么回事?
这是由退化单元(在中心收缩到一个点的楔形单元)的雅可比行列式接近零引起的。特别是在三维实体模型中很明显。
对策:
- 在中心放置楔形单元,保持雅可比比值≥0.3
- O网格网格划分避免中心退化
- 从评估中排除中心的1个节点,用周边节点进行外推
轴对称模型中是否会出现中心的问题?
在轴对称模型中,$r = 0$ 是对称轴,有特殊的处理方式(自动约束$u_r = 0$),因此不会出现三维模型那样的中心退化问题。这是轴对称模型的一大优点。
固定端边界条件
壳单元固定端忘记约束旋转自由度会怎样?
结果会发生剧烈变化。不约束旋转时,行为接近简支状态,挠度会增大4倍以上。壳单元固定端除了约束平动3个自由度,还需约束转动3个自由度(ENCASTRE = 123456)。
在Nastran中用SPC1指定123456,或在Abaqus中使用ENCASTRE类型。6自由度壳(S8R)和5自由度壳(S8R5)的约束自由度不同,需要根据单元类型确认。
有快速检查结果合理性的方法吗?
最快的方法是检查反力的力矩分量。把固定端全部节点的反力矩相加,与等分布荷重产生的周边力矩理论值 $-qa^2/8 \times 2\pi a$ 进行对比。如果不相等,边界条件的设置有问题。
验证数据可视化
理论值与计算值的定量对比。以5%以内误差为合格标准。
| 评估项目 | 理论值/参考值 | 计算值 | 相对误差 [%] | 判定 |
|---|---|---|---|---|
| 最大位移 | 1.000 | 0.998 | 0.20 | 合格 |
| 最大应力 | 1.000 | 1.015 | 1.50 | 合格 |
| 固有振动数(1次) | 1.000 | 0.997 | 0.30 | 合格 |
| 反力总和 | 1.000 | 1.001 | 0.10 | 合格 |
| 能量守恒 | 1.000 | 0.999 | 0.10 | 合格 |
判定标准:相对误差 < 1%:■ 优良,1~5%:■ 可接受,> 5%:■ 需审查
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