Análisis estructural cuasiestático bajo múltiples pasos de carga

Con el desarrollo de la tecnología de análisis de elementos finitos, los ingenieros ya no están satisfechos con el análisis estático de un solo paso y una sola carga. Para comprender mejor la dinámica estructural del sistema, utilizamos métodos de análisis transitorio. El análisis de elementos finitos transitorios puede calcular y generar directamente el historial de respuesta dinámica de la estructura, pero generar la tensión y la deformación de campo completo en cada paso de tiempo inevitablemente hará que el cálculo demore mucho tiempo y el archivo de resultados será demasiado grande. Por lo tanto, a menudo realizamos análisis de estado estacionario de pasos de carga múltiple, también conocido como análisis cuasiestático, en una estructura o sistema para ayudarnos a comprender rápidamente el sistema y su respuesta a fuerzas externas.

Análisis cuasiestático de varios pasos

Aunque el cuasiestático en realidad no existe, como modelo mecánico básico, es de gran importancia en la práctica de la ingeniería. Muchos problemas prácticos pueden clasificarse aproximadamente como problemas cuasiestáticos y cumplir con los requisitos de precisión de ingeniería. El análisis cuasiestático tiene en cuenta los cambios en las condiciones de contorno a lo largo del tiempo y puede obtener la respuesta del sistema o estructural bajo diferentes condiciones externas. Especialmente para problemas no lineales que incluyen contacto, colisión, plasticidad, fluencia, expansión, materiales viscoelásticos, etc., el análisis de estado cuasi estacionario de varios pasos puede obtener rápidamente resultados aproximados. Para aquellos problemas dinámicos donde la inercia del sistema es insignificante, los resultados del análisis cuasiestático se pueden utilizar directamente en la práctica de la ingeniería.

Vale la pena señalar que el análisis cuasiestático ignora los efectos de la inercia, la amortiguación y la frecuencia. Para sistemas o estructuras cuya inercia no se puede ignorar, el análisis cuasiestático también proporciona una referencia numérica confiable para nuestro siguiente paso de análisis transitorio completo.

El concepto de paso

En el análisis de elementos finitos de varios pasos, a menudo se encuentran dos conceptos importantes sobre los pasos:

Paso: generalmente se refiere al paso de carga, durante el proceso de análisis, todo el proceso de carga se divide en varios pasos consecutivos, por ejemplo, al analizar el problema elástico-plástico, el primer paso es la carga y el segundo paso, por supuesto, el proceso de carga también se puede descomponer en múltiples; pasos, pero generalmente esto se puede implementar mediante múltiples subpasos en el proceso de solución.

Subpaso: si cada paso de carga (Paso) no es lineal, para resolver el problema, se descompone en múltiples Subpasos para asegurar la convergencia de cada Subpaso y finalmente lograr la convergencia de cada Paso. .

Mecanismo de cálculo del análisis cuasiestático de varios pasos.

Cada paso de carga del análisis cuasiestático se calcula de forma independiente y no tiene nada que ver con los pasos de carga anteriores y siguientes. Aunque pueda parecer que los pasos de carga posteriores se calculan en función del paso anterior, cada paso de cálculo se basa en la configuración inicial de la estructura. Puede resolverlo directamente en función de sus restricciones y cargas en este paso, sin preocuparse por el primer paso de carga. Su estructura corresponde a sus limitaciones y condiciones de carga, y no tiene nada que ver con los pasos de carga anteriores y posteriores.

Pasos de análisis comunes

Para comprender mejor el paso de carga múltiple, echemos un vistazo a cómo configurar el análisis de pasos de carga múltiple en el software de elementos finitos. Este caso utiliza una viga en voladizo simple como ejemplo, y la fuerza externa cambia con el número de pasos o el tiempo. Los pasos básicos son:

1. Construir el modelo

2. Dividir la malla de elementos finitos

3. Establecer el número de pasos de carga

4. Establezca condiciones de contorno de varios pasos

5. Calcule y evalúe los resultados del cálculo

Se puede encontrar que ya sea análisis lineal o análisis no lineal, carga múltiple. Los pasos y los pasos de carga única se procesan de la misma manera. La diferencia está únicamente en la configuración de los pasos de carga y la configuración de las condiciones de contorno para cada paso.

Ejemplo

Tomemos el software de elementos finitos WELSIM como ejemplo para ver un ejemplo de análisis cuasi lineal de varios pasos.

Agregue una geometría de caja tridimensional y establezca el largo, ancho y alto en 1x1x10 pulgadas (pulg).

En la configuración de la cuadrícula, establezca el tamaño máximo de la unidad en 0,2 pulgadas y divida la unidad Tet10 de acuerdo con la cuadrícula de orden superior (cuadrática).

La mayor diferencia entre el análisis de pasos de carga múltiple y el análisis de un solo paso de carga es el número de pasos de carga. En este ejemplo configuramos 3 pasos de carga. En la configuración del análisis, establezca el Número de pasos en 3. Haga doble clic en el nodo Configuración del estudio y podrá ver que las configuraciones correspondientes en todos los pasos de carga se muestran en la tabla emergente y el resto permanece como predeterminado.

Un extremo de la viga es fijo.

En el otro extremo de la viga, debido a múltiples pasos de carga, la ventana de propiedades de la condición de contorno no puede satisfacer la entrada de valores numéricos. Debe ingresar los valores correspondientes para el paso de carga y la dimensión en la ventana de la tabla. Aquí, se aplican fuerzas de 6000, -900 y 6000 lb en la dirección Y correspondiente a cada paso de carga. Las fuerzas en otras direcciones son cero.

Después de establecer las condiciones de contorno, haga clic en Calcular y obtendrá los resultados de la liquidación rápidamente.

La deformación resulta en la dirección Y bajo el primer paso de carga.

La tensión de von-Misies resulta en el primer paso de carga.

Se puede observar que la deformación y la tensión también fluctúan debido a cambios en las condiciones de contorno. Los resultados del primer paso de carga y del tercer paso de carga son consistentes, lo que indica que lo cuasiestático ignora los efectos de la inercia y la frecuencia. Sin embargo, como método de análisis de carga variable rápido y conveniente, el análisis de estado cuasi estacionario de múltiples pasos todavía tiene muchos efectos prácticos de ingeniería.

Por último, se adjunta el vídeo del funcionamiento para su referencia.