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初二 议论文 3564字 70人浏览 MA0猫mao

1数值模拟软件

数值模拟主要就是求偏微分方程的数值解,当今世界上求解偏微分方程最主要的有三种数值方法:有限元方法,有限体积法和差分方法。差分方法由于其适应性比较差,商业软件极少采用。基于有限元方法的数值模拟商业软件最多,它们主要面向固体力学和结构力学问题,基于有限体积法的商业软件也不少,它们主要面向流体力学和传热传质学问题。

数值模拟软件主要采用有限元或有限体积法,为了提高数值模拟软件开发效率及其再用性,有限元(有限体积法)语言的提出是很自然的,采用有限元语言编写有限元程序,由该语言的生成器产生某种高级语言程序。

有限元语言

有限元方法是当今求解偏微分方程的最有效的数值方法,其原理是基于微分方程弱解形式(即力学的虚位移原理),有限元语言的第一项任务就是如何描述弱解形式的微分方程表达式。Petrov- Galerkin方法给出了最一般的弱解形式,因此有限元语言应以这一形式书写微分方程。

有限元语言的第二项任务就是如何描述各种各样的算法(即有限元的计算格式)。这些算法包括单物理场的计算格式与多物理场的耦合算法两个方面。前者的关键问题是如何获得对应于单物理场的线性代数方程组, FEPG(有限元程序自动生成系统) 以表达式的形式给出代数方程组的矩阵及右端项。后者则需要各物理场之间的耦合关系及各种组件程序的执行次序与控制。 FEPG 通过一个十分简练又十分通用的脚本文件主要以宏命令的形式描述多场耦合算法。

生成器

生成器的任务就是把有限元语言书写的程序转换成某种高级语言程序(FEPG 转换为FORTRAN 语言程序)。FEPG 对于微分方程表达式,由生成器产生全部的单元子程序。对于算法程序则只产生一部分的高级语言代码程序,大部分代码是事先写好的,与有限元语言书写的算法程序无关,这一部分的代码约占到整个程序的代码量的三分之二以上,这样做的目的是为了减少生成程序的代码量和增加软件的灵活性。

生成器采用了以下的三项软件技术:

自动生成技术:由微分方程表达式和算法产生高级语言程序。

组件化技术:又称构件化,中间件技术,近十年由IBM 、微软等大公司倡导的新的软件开发模式。由于采用了自动生成技术,组件程序可根据微分方程表达式和算法的不同自动改变,因此所需的组件程序非常少。

公式库技术:把各种微分方程表达式和算法,以及形函数等常用公式存入库中,有限元语言可直接调用这些公式。这是采用模型语言与程序自动生成技术所特有的软件技术,类似高级语言的程序库技术。

2包辛格效应

金属或合金预先加载产生微量塑性变形后卸载,然后再同向加载则弹性极限升高、反向加载则弹性极限降低的弹性不完整现象。

在金属塑性加工过程中正向加载引起的塑性应变强化导致金属材料在随后的反向加载过程中呈现塑性应变软化(屈服极限降低) 的现象。这一现象是包辛格(J.Bauschinger) 于1881年在金属材料的力学性能实验中发现的。当将金属材料先拉伸到塑性变形阶段后卸载至零,再反向加载,即进行压缩变形时,材料的压缩屈服极限(-σs)比原始态(即未经预先拉伸塑性变形而直接进行压缩) 的屈服极限(-σs)明显要低

(指数值) 。若先进行压缩使材料发生塑性变形,卸载至零后再拉伸时,材料的拉伸屈服极限同样是降低的。

在金属单晶体材料中不出现包辛格效应,所以一般认为,它是由多晶体材料晶界间的残余应力引起的。包辛格效应可用[包辛格效应示意图]中的曲线来说明。σ和ε分别表示应力和应变。具有强化性质的材料受拉且拉应力超过屈服极限(A 点)后, 材料进入强化阶段(AD 段)。若在B 点卸载,则再受拉时,拉伸屈服极限由没有塑性变形时的A 点的值提高到B 点的值。若在卸载后反向加载,则压缩屈服极限的绝对值由没有塑性变形时的A ′点的值降低到B ′点的值。图中OACC ′线是对应更大塑性变形的加载-卸载-反向加载路径,其中与C 和 C ′点对应的值分别为新的拉伸屈服极限和压缩屈服极限。包辛格效应使材料具有各向异性性质。若一个方向屈服极限提高的值和相反方向降低的值相等,则称为理想包辛格效应。

包辛格效应使材料具有明显的各向异性,使金属材料塑性加工过程的力学分析复杂化。为使问题简单,易于进行力学分析,在塑性加工的力学分析中,通常对包辛格效应不予考虑。但对于具有往复加载卸载再加载的变形过程,则应予考虑

3弹性模量

弹性模量E 是指材料在外力作用下产生单位弹性变形所需要的应力。它是反映材料抵抗弹性变形能力的指标,相当于普通弹簧中的刚度

4时间步长

人工时间步长是人为的控制有限元计算步骤的方法,在一定的行程(S )和速度(V )前提下,计算的时间(T )是一定的,有限元计算是把整个成型过程离散为N 个细小的过程,而每一步需要的时间就是ΔT,这个就是人工时间步长,绝对值越大,计算时间越少,值越小,计算时间越长,因为相邻计算步所需时间基本是一致。

2、临界时间步长是实际能量波传递一个单元所需要的时间,相同材料变形时能量波波的传播速度是一定的,所以临界时间步长是由最小单元长度决定的。只有当人工时间步长绝对值小于临界时间步长计算才稳定可靠。

3、实际的模具运动速度(V )0.1M 到1M ,根据杨氏模量和材料密度就可以计算出临界时间步长,根据行程和模具速度就可以计算出人工时间步长,通过提高速度或者密度都可

以减小人工时间步长,变相增加临界时间步长而达到减少计算时间,但不降低计算的稳定性。

4、模具运动速度增加和密度增加,都活增加模具运动带来的额外惯性能,而影响计算精度,所以应该控制在一定范围来增加运动速度和密度,一般10一下,且发现计算结果有明显的惯性能效应应该减少人工时间步长。

前段时间做了一个瞬态动力学的项目分析,对于时间步长的选择也进行过一段时间的研究,现把我学到的一些资料和自己的体会融合贴出,请大家指教。

一、瞬态动力学分析包含数值为时间函数的载荷,在载荷/时间曲线上的每个“拐角”都应该作为一个荷载步。瞬态分析求解的精度决定积分时间步的大小,要想计算出最优时间步长,应当遵循下列5个准则:

1、解算响应频率时,时间步长应当足够小以能求解出结构的响应。

结构的动力学响应可以看做是各阶模态响应的组合,时间步长应当小到能解出对整体响应有贡献的最高阶模态。对于NEWMARK 时间积分,已经发现当时间步长取值20倍最高频率时会产生比较合理精度的解,即积分时间步长ITS=1/20F。

2、解算所加荷载/时间关系曲线时,时间步长应当小到足以跟随载荷函数

响应总是倾向滞后于施加的载荷,特别是对于阶跃载荷。要跟随阶跃载荷,ITS 要小到和1/80F相近。

3、解算接触频率时。

在设计接触(碰撞)问题时,时间步长应当小到足以捕捉到两个接触表面之间的动量传递,如果违反,将发生明显的能量损失,从而碰撞将不是完全弹性的,积分时间步长可由接触频率FC 确定

ITS=1/NFC

FC=(K/M)**0.5/(2*PI)

K 是间隙刚度,M 是作用在间隙上的有效质量,N 是每周的点数,要使能量损失最小,每周至少要取30个点,即N=30;如果要得到加速度结果,可能N 取值更大些;对于缩减法和模态叠加法,N 至少需要7才能确定求解的稳定性。

4、解算波的传播时,则时间步长应当小到当波在单元之间传播时足以捕捉到波,所以要根据单元大小来确定步长。

5、解算非线性时,大部分问题要求满足前面四个准则的时间步长就能捕捉到非线性行为。 还有少数例外的情况,例如当结构在载荷作用下趋于刚化,则必须求解被激活的高阶模态。

二、自动时间步长。

在用合适的准则计算出时间步长后,在具体分析中应该用最小的步长值。当然可以采用自动时间步长来让ANSYS 决定在求解中什么时间增大或减小时间步长,这样的好处是可以减少子步的总数,还可以大大减少可能需要重新分析的次数,如果有非线性,还可以适当增加载荷并在达不到收敛时回溯到先前收敛的解(二分法),可以用AUTOTS 激活自动时间步长。要避免使用极小的时间步长,尤其是在建立初始条件时,这样可能会导致数值障碍。 在下列情况不适宜用自动时间步长

1、只是在结构的局部有动力学行为的问题。这时系统部件的低频能量部分远远高于高频部分。

2、受恒定激励的问题,如地震荷载。在这种情况下当不同频率被激活时时间步长趋于连续变化。

3、运动学问题,在这种情况下刚体运动对响应频率的贡献占主导地位。

汽车连续变截面横梁板厚优化及回弹研究 江苏大学 2008硕士

5TRB (连续变截面薄板)

连续变截面薄板存在两个问题

6拼焊板

激光拼焊板是利用激光加工技术, 在零件冲压成形前将不同厚度、不同材质或不同表面涂层的平板材料焊接在一起的平板坯料。

7分块压边圈技术

压边力分布对差厚拼焊板盒形件焊缝移动的影响 周杰