8 812 123 45 67
10 рекомендаций по выполнению расчетов МКЭ

Данная статья содержит 10 рекомендаций по выполнению практичных и осмысленных расчетов методом конечных элементов (МКЭ), для получения адекватных результатов в условиях несовершенства входных данных.

Вебинар: Оценка прочности и устойчивости металлических конструкций зданий и сооружений по СП 16.13330.2017 с учетом назначения и условий работы

На этом вебинаре рассмотрим основные особенности расчетов прочности металлических конструкций по СП 16.13330.2017

Регистрация →

В идеальном мире инженера-расчетчика у него под рукой всегда оказывались бы все данные, необходимые для выполнения расчета методом конечных элементов. Коллеги-конструкторы предоставляли бы трехмерные CAD-модели без изъянов, подготовленные к расчету МКЭ: с повышенной детализацией в зоне предполагаемых высоких градиентов напряжений и упрощенные в остальных местах. Нелинейные свойства материалов, зависящие от температуры, имелись бы в наличии для всего диапазона рабочих температур, в форме аккуратных и полных таблиц, которые достаточно было бы скопировать в программу расчета МКЭ. Нагрузки были бы заданы во всех подробностях по значениям, длительности и месту приложения. Однако, подобная роскошь редко когда бывает доступна, и инженер-расчетчик в большинстве случаев вынужден самостоятельно искать и собирать все необходимые исходные данные из различных источников, в разрозненных формах скриншотов, веб-ссылок и неполных таблиц, требующих интерполяции, экстраполяции и перевода между системами единиц.

В идеальном мире конечно-элементные расчеты можно было бы проверить на физическом прототипе и верифицировать применяемые модели и коэффициенты трения, ползучести, усталости. К сожалению, в реальных проектах в силу ограничений бюджета, ресурсов и времени подобные проверки чаще всего невозможны. И в этих проектах, на основе ограниченных входных данных, используя накопленный опыт предыдущих проектов, опытный расчетчик может получать точные и ценные результаты, удовлетворяя ограничениям бюджета и времени, используя нижеследующие советы и рекомендации.

  1. При поиске свойств материалов обратитесь к доступным проверенным источникам. Например, к отечественному марочнику сталей и сплавов, справочнику Физические величины (Григорьев И.С., Мейлихов Е.З., 1991.) или зарубежным онлайн базам MATWEB  или Mil Handbook (MIL-HDBK-5H). Иногда получить достоверные данные можно на веб-сайте зарубежного производителя материалов или направив ему запрос.
  2. Если какой-то из входных параметров, например, коэффициент трения, не определен, то проведите параметрический анализ, задав минимальное и максимальное значение данного коэффициента и проанализировав чувствительность решения. В дальнейшем при расчете используйте значение, дающее наиболее консервативное решение (например, максимальные напряжения).
  3. Использование консервативных оценок является в целом хорошей практикой, когда недостаточно времени и ресурсов для проведения статистического анализа. Деталь обычно проектируется не на средний уровень нагрузок, а для того чтобы выдержать максимально допустимые.
  4. Инженерный опыт позволяет сделать разумные допущения, какие элементы геометрии могут быть упрощены, какой плотности построить расчетную сетку и т.д. Например, для анализа концентрации напряжений в закруглении, чаще всего достаточно построить сетку с угловым размером элемента от 10 до 20 градусов на самом закруглении. С приобретением опыта в каждом расчете и для каждой зоны уже не требуется выполнять анализ сходимости решения.
  5. Всегда следует извлекать максимум преимуществ из симметрии конструкции и граничных условий. Если геометрия на 90% осесимметричная, нагрузки и материалы также обладают осевой симметрией, то однозначно нужно выполнять расчет в осесимметричной постановке. Если заказчик сомневается, то сравните 3D и осесимметричную постановки на линейно-упругом расчете, а измельчение сетки, нелинейные контактные взаимодействия и сложные модели материалов примените только в осесимметричной постановке, и в ней же проводите параметрические исследования.
  6. Начинайте с линейного статического расчета во всех задачах, даже если нагрузки являются функцией от времени. Обычно, если частота возбуждения составляет менее 1/5 от низшей собственной частоты конструкции, статического анализа должно быть достаточно. Иногда допустимо выполнить статический расчет и применить коэффициент динамичности для первичной оценки поведения системы.
  7. Связи между элементами конструкции могут быть промоделированы различными способами. Контактные элементы – один из выгодных способов передачи нагрузок между частями конструкции, даже если они приварены, и этот способ позволяет не заботиться о совпадающих сетках на границе сопряжения деталей. Всегда начинайте с линейной модели контактного взаимодействия – bonded или no separation, перед тем как вводить в модель возможность скольжения с трением.
  8. При выполнении динамического расчета, например, гармонического анализа, значение демпфирования зачастую является наиболее недоступным входным параметром. Для оценки влияния демпфирования на поведение системы проведите анализ чувствительности. Для моделирования основания систем рекомендуется применять упрощенный подход – замените основание на одномерный элемент пружина+демпфер.
  9. Иногда использование эмпирического коэффициента запаса является наиболее эффективным способом получить решение в условиях неопределенности входных данных.
  10. Хотя с учетом современных средств моделирования и вычислительных мощностей возникает желание смоделировать систему «как она есть», наиболее ценные сведения зачастую можно получить о системе путем решения набора задач в упрощенных постановках с различными предположениями и варьируя параметрами.

 Удачного моделирования!

 

вернуться к списку новостей
Рассчитать стоимость онлайн
Сообщите основную информацию о вашей задаче, ответьте на несколько вопросов и мгновенно получите оценку трудоемкости актуальной для вас инженерной задачи.
Узнать цену
Связанные новости
15 января 2025

Расчёты прочности и сейсмостойкости строительных конструкций и оснований зданий и сооружений атомных станций

АО «ЦИФРА» подтвердило выполнение вплоть до 2033 г. всех необходимых требований, предъявляемым к организациям, выполняющим расчёты прочности и сейсмостойкости строительных конструкций и оснований зданий и сооружений атомных станций: наличие специализированной лицензионной верифицированной программы для ЭВМ, имеющей аттестационный паспорт ФБУ «НТЦ ЯРБ»; включение организации в перечень пользователей данного программного обеспечения по итогам обучения и проверки знаний специалистов; наличие лицензии Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору (Ростехнадзора) на проектирование и конструирование ядерных установок, в части выполнения расчетов и обоснования несущей способности и прочности металлических и железобетонных строительных конструкций.
Новости
25 декабря 2024

Расчёты прочности и сейсмостойкости оборудования и трубопроводов атомных станций

АО «ЦИФРА» подтвердило выполнение вплоть до 2033 г. всех необходимых требований, предъявляемым к организациям, выполняющим расчёты прочности и сейсмостойкости оборудования и трубопроводов атомных станций: наличие специализированной лицензионной верифицированной программы для ЭВМ, имеющей аттестационный паспорт ФБУ «НТЦ ЯРБ»; включение организации в перечень пользователей данного программного обеспечения по итогам обучения и проверки знаний специалистов; наличие лицензии Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору (Ростехнадзора) на конструирование оборудования для ядерных установок (атомных станций) в части выполнения расчетов прочности и сейсмостойкости оборудования АЭС.
Новости
Связанные публикации в блоге
11 декабря 2024

Сейсмостойкость резервуаров частично заполненных жидкостью

В инженерной практике проектирование и анализ прочности частично заполненных резервуаров имеют особую важность, особенно в регионах, подверженных сейсмической активности. Во время землетрясений динамические нагрузки на такие конструкции могут привести к значительным напряжениям, способным нарушить структурную целостность конструкции. Сложное взаимодействие между жидкостью внутри резервуара и стенками резервуара требует тщательного рассмотрения, так как движение жидкости во время землетрясения может усилить воздействующие на конструкцию силы.
Блог
5 ноября 2024

Расчёт прочности узлов металлоконструкций

При проведении оценки прочности металлических конструкций в качестве сопутствующей задачи выступает анализ локальной прочности узлов соединения элементов металлоконструкций, например, фланцевых, фрикционных или срезных соединений.
Блог
Связанные вебинары
20 ноября 2024

Научно-техническое сопровождение проектирования особо опасных и технически сложных промышленных объектов

Приглашаем на открытый вебинар, посвящённый актуальным вопросам проведения научно-технического сопровождения проектирования (НТС).
Вебинары
6 ноября 2024

Расчёты на прочность сосудов и аппаратов в соответствии с нормативно-технической документацией РФ

Приглашаем на открытый вебинар, посвящённый актуальным вопросам проведения расчётов на прочность сосудов и аппаратов в соответствии с нормативно-технической документацией РФ
Вебинары
Расскажите о вашей задаче
Изменить файл
Поля, отмеченные звездочкой (*) обязательны для заполнения.
Успешно отправлено! Наш специалист свяжется с Вами в ближайшее время!