abaqus有限元分析教程基础操作（工程实际中的有限元分析2）-和记娱乐怡情博娱188

实际建模分析时，经常可以看到一些初学者为整个模型划分均匀的网格，这是一种偷懒的做法，其结果是:一些重要部位(应力集中处、大变形处、接触面上) 的网格过粗，使得分析结果不准确或无法收敛;其他不重要部位的网格过细，导致浪费了大量的计算时间。在一般情况下，都应该在上述关键部位进行分 (partition) 操作，生成局部细化的网格，而在应力很小和远离关键部位的区域划分比较粗的网格。

至于具体细化到何等程度就足够了，则要靠实践经验。在没有把握时，可以进行收敛性试验，即划分几种不同密度的网格，当网格细化到一定程度时，应力结果基本不再变化，说明网格密度已经足够了。一般情况下，在应力集中的 90°圆角上应该至少划分 12 个单元,在厚度方向上至少应划分 3 层单元，如果使用减缩积分单元(例如 c3d8r)，在厚度方向]至少应划分 4 层单元。

6.选取适当的材料特性

弹塑性分析的收敛难度和计算时间都大大高于线弹性分析。对于一般的强度分析，使用弹性材料就可以满足工程需要。如果在弹性分析的结果中看到某些区域的 mises 应力大于屈服应力 (同时可以看到等效塑性应变 peeq >0)，就可以判断这些区域会发生塑性变形如果发生塑性变形的区域仅仅是很小的局部应力集中区域，而不是贯穿部件截面的大部分区

域，就可以认为部件不会发生塑性破坏。表面加工硬化和感应淬火是工程中提高部件强度的常见工艺，它们一般仅仅是提高材料应力-应变曲线中的屈服强度和断裂强度，而不会改变弹性模量。如果使用弹性材料，在设置模型的材料属性时不需要考虑这些工艺的影响。如果模型中某些部件的弹性模量和刚度很大，其变形量远远小于所关心部件的变形量或者其位置远离所关心的部位，就可以把这些部件设为刚体。常见的例子包括轧银、冲头模具、机械设备中的底座等。

边界条件不足是静力分析中最常见的问题。例如，一个圆筒的内壁上受到均匀的径向压力 (载荷和几何形状在 3 个方向上都是对称的)，如果直接对完整的圆简体建模，就很难定义边界条件。有些读者会想到取 1/2 来建模，在对称面上定义对称边界条件，静力分析要求约束模型全部 6 个自由度上的刚体平动和转动，仅有一个对称边界条件仍然是不够的。正确的做法是充分利用对称性，取 1/8 圆筒来建模，在 个方的对称面上分别定义边界条件。

接触分析会大大增加收敛的难度，如果两个部件的接触面远离关键部位，而且接触部位在整个分析过程中始终紧密连接，不会分开 (例如螺栓和螺母的螺纹连接处)，就可以用绑定约束.(tie) 来代替接触。

对于非线性问题，加载次序不同，得到的结果也很可能会不同，因此模型中各个分析步的模型状态应尽量符合工程实际。例如，某种机械产品的工程实际情况是:首先由生产商完成装配过程，将各个部件通过过盈配合装配在一起，然后客户将此产品投入使用，使其承受一定的载荷。

在对这个产品的承载状况进行有限元分析时，应该首先用一个单独的分析步来模拟完成装配后的过盈接触状态，在下一个分析步再施加载荷，而不能只有一个分析步，同时定义过盈配合和载荷。

前面讨论的几点都是关于如何建立正确的模型，本书各章内容也都是围绕着这些主题而展开的。如果能够顺利完成建模工作，并得到收敛的分析结果，这就是迈出了重要的一步但这并不意味着全部 cae 工作已经完成，接下来还有几项重要的工作需要去做，下面分别进行讨论。

得到分析结果后，首先要根据实践经验和力学的基本原理来评价这些结果的正确性，尽可能理解出现这样结果的可能原因，常用的方法包括:

1) 检查分析结果的数量级。例如在正常的载荷下，得到的应力结果达到了材料屈服应力的几十倍，则这个结果有可能是错误的(例如某个参数的单位不正确)。

2) 与以往的同类分析做比较。例如，如果应力集中的角半由 3mm 缩小为2.5mm或者圆角半径保持不变，沿圆弧方向上的单元数由 6个增大到 12 个，如果这时应力结果的变化量在 10%以下，是比较正常的，如果应力变化很大 (例如增大了几倍)，计算结果就值得怀疑。

应力奇异是评价分析结果时经常会遇到的问题。根据力学的基本理论，在尖角处以及边界条件、接触关系、约束条件发生变化的位置，应力是奇异的，有限元分析所得到的这些位置上的应力结果是不可靠的。例如，在接触面或绑定约束区域的边缘处，以及施加了点载荷的节点上，会看到应力值非常大，但不能因此断定这些位置就是危险位置。如果需要准确地知道这些位置的应力，应该在几何模型中体现出这些位置真实的圆角，并在这些位置划分非常细化的网格。

在工程实际中，绝对的尖角是不存在的，接触面也不会突然中止，而是一定会在接触面的边缘有一个过渡圆角。点载荷也只是一种理论上的设，实际中的载荷一定是作用在一个区域上。如果这些部位不是关键部位，就没有必要模拟出这些不重要的细节。从上面 8 个方面的讨论可以看出，在分析工程实际问题时，由于受到计算时间和软件本身能力的限制，我们永远不可能模 100% 真实的世界。完全精确的解析解只是一种理想的简化，只存在于力学教材中。对于实际的工程问题，如何在不影响结果精度的前提下对模型作适当的简化，忽略那些不重要的细节，永远是有限元分析的核心问题。