Chọn bậc phần tử khi mô hình trong ansys

Các phần tử phẳng và khối trong thư viện các phần tử của ANSYS® được phân làm 2 loại cơ bản: loại tuyến tính (có hay không có các hàm dạng phụ) và loại bậc 2.
Phần tử bậc 1.
Trong tính toán, các phần tử tuyến tính với hàm dạng phụ (extra shape functions) thường cho kết quả chấp nhận được với thời gian tính toán tương đối hợp lý nếu chúng ta tránh sử dụng chúng ở những vùng đặc biệt (vùng có gradient biến dạng, gradient ứng suất lớn). Trong tính toán phi tuyến, thông thường 1 lưới mịn các phần tử bậc 1 sẽ cho kết quả tốt hơn với thời gian tính toán ngắn hơn so với 1 lưới tương đương thô hơn sử dụng các phần tử bậc 2.
Captureaa1

Các dạng phần tử phẳng và khối cơ bản trong chương ưình ANSYS
(a) Đẳng tham số tuyến tính.
(b) Đẳng tham số tuyến tính với các hàm dạng phụ.
(c) Bậc hai.
Captureaq1

Lưới tương đương giữa 2 loại phần tử tuyến tính và bậc hai

Đối với các cấu trúc vỏ cong, ta phải lựa chọn quyết định phần tử loại nào (bậc nhất hay bậc 2) sẽ được sử dụng là rất quan trọng. Trong ưnh toán thực hành, việc sử dụng các phần tử phẳng cho phần lớn các bài toán sẽ thu được kết quả chính xác với thời gian tính toán là tối thiểu. Mật độ lưới chia khi đó phải đủ mịn để biểu diễn chính xác bề mặt cong. Thông thường, ta không nên sử dụng phần tử vỏ phẳng để mô hình 1 cung với góc ở tâm quá 15°ẻ Với phần tử vỏ nón, giới hạn này là 10° (hay 5° cho các vùng gần trục Y).
Phần tử bậc 2.
Với các bài toán tính toán tuyến tính sử dụng các hàm dạng suy biến, các phần tử bậc 2 thường cho kết quả tốt hơn với thời gian tính toán ngắn hơn so với các phần tử tuyến tính. Một sô” đặc trưng riêng của các phần tử bậc 2 cần lưu ý khi sử dụng được trình bày sau đây:
– Các tải trọng phân bô” được đưa về núl không tuân theo trực giác thông thường như đôi với phần tử tuyến tính.
– Nếu nhiệt độ được định nghĩa tại nút giữa của phần tử vượt ra khỏi phạm vi nhiệt độ giới hạn bởi 2 nút biên, nó sẽ được định nghĩa lại bằng cách nội suy từ nhiệt độ ở 2 nút này.
– Khi tính toán động, do khôi lượng đặt tại nút giữa luôn lớn hơn tại các nút góc, nên thường ta có Ihể chỉ định bậc tự do chủ (master degree of freedom) tại các nút giữa nhằm giảm khối lượng tính loán.
– Khi tính toán động trong các bài toán truyền sóng, do khôi lượng phân bô” không đều, thường không nên sử dụng các phần tử có nút giữa.
– Không được sử dụng các phần tử tiếp xúc cho các cạnh với các phần tử có nút giữa.
– Khi ràng buộc các bậc tự do trôn 1 cạnh (hay mặt) của phần tử cần lưu ý rằng tất cả các nút (kể cả nút giữa) phải được ràng buộc.
– Nút góc của 1 phần tử chỉ nên nôi với nút góc của phần tử khác. Các phần tử kề nhau nên được nôi chung nút giữa.

Các tải trọng nút tương đương của phần tử phẳng và khối chịu tải bề mặt phân bô” đều.
Captureaq2

Captureaq3

Captureaq4

– Các phần tử có chung nút giữa nên có cạnh chung thẳng trừ khi mô tả các đường hay bề mặt cong.
– VỊ trí nút giữa nên định vị chính xác tại điểm giữa cạnhẳ Trong trường hợp bắt buộc nào đó, vị trí này nên được giới hạn trong khoảng L/10 từ vị trí điểm giữa cạnh (L là khoảng cách 2 nút góc)ẵ Trường hợp ngoại lệ với vị trí nút giữa gặp trong các bài toán cơ học rạn nứt.
– Nút giữa định vị chính xác tại vị trí L/4 trên đường thẳng nối 2 nút góc sẽ cho ta phần tử suy biến với bậc suy biến 0.5. Đặc tính này thường được sử dụng trong các phần tử tam giác và đặc biệt hữu dụng cho việc mô phỏng đỉnh vết nứt.
– Nếu ta không chỉ định vị trí nút giữa, chương trình sẽ tự động đặt nút này tại điểm giữa trên đường thẳng nối liền 2 nút góc. Trong trường hợp này, bậc tự do xoay của nút sẽ được nội suy tuyến tính theo 2 nút góc.
– Các phần tử kết nối với nhau nên có chung sô” nút trên cạnh chung. Do đó khi kết nối các phần tử khác nhau (có số nút trên 1 cạnh khác nhau) ta nên loại bỏ nút giữa của 1 phần tử (xem ví dụ dưới đây).

Captureaq56

– Cạnh có nút giữa bị loại bỏ khi đó sẽ là cạnh Ihẳng và phần tử khi đó sẽ trở nên cứng hơn. Ta chỉ nên sử dụng phần tử loại này tại các biên chuyển tiếp, không nên sử dụng chúng thay cho các phần tử tuyến tính với các hàm nội suy phụ. Nút giữa cũng có thể được thêm vào hay loại ra sau khi phát sinh phần tữ bằng cách sử dụng lệnh EMID và EMODIF.
– Do sô” điểm lấy tích phân của các phần tử bậc 2 không nhiều hơn của các phần tử bậc nhâ’t, ta có xu hướng sử dụng các phần tử bậc nhất trong tính toán phi tuyến.
– Các lưới phần tử hữu hạn chỉ sử dụng 1 phần tử bậc cao như PLANE82, SHELL93 có thể sẽ bị suy biến do năng lượng biến dạng bằng không.
– Chương trình sử dụng duy nhất các nút góc cho việc biểu diễn mặt cắt và đường khuất. Các lệnh xuất ứng suất nút và hậu xử lý cũng chỉ có cho các nút góc.
– Trong chế độ đồ họa, các phần tử có nút giữa với cạnh cong được biểu diễn bằng các đoạn thẳng. Mô hình khi đó sẽ có vẻ thô hơn thực tế.

Leave a Reply