Πηγές σφαλμάτων κατά τη χρήση λογισμικού δομικής ανάλυσης

Πεπερασμένο στοιχείο (ΦΕ) Το λογισμικό χρησιμοποιείται συνήθως για τη μοντελοποίηση και την ανάλυση της συμπεριφοράς μιας δομής. Όταν χρησιμοποιείτε λογισμικό FE, η λύση που προκύπτει είναι κατά προσέγγιση για πολλούς λόγους. Σε αυτό το άρθρο, Θα σας καθοδηγήσω στις πηγές σφαλμάτων σε ένα δομικό μοντέλο πεπερασμένων στοιχείων, σας δείχνει τι πρέπει να προσέξετε κατά την επικύρωση και την επαλήθευση του μοντέλου σας. Αν δεν το ήξερες ήδη, Το μεγαλύτερο μέρος του λογισμικού που παρέχουμε στο SkyCiv βασίζεται στη μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων (ΠΕΝΤΕ), Επομένως, αυτό το άρθρο είναι σχετικό όταν ασχολείστε με λογισμικό FE όπως το SkyCiv.

Πηγές σφαλμάτων κατά τη χρήση λογισμικού πεπερασμένων στοιχείων

Στην παρακάτω λίστα, Έχω συνοψίσει τα κύρια σφάλματα που μπορεί να προκύψουν κατά τη μοντελοποίηση δομών με λογισμικό FE. Ορισμένα από αυτά μπορεί να είναι ελεγχόμενα από τον χρήστη, ενώ άλλα συχνά δεν μπορούν να βοηθηθούν.

1. Αριθμητικά λάθη: Η ανάλυση γίνεται σε υπολογιστές, που μπορεί να αναπαραστήσει μόνο πραγματικούς αριθμούς με πεπερασμένη ακρίβεια. Ετσι, Υπάρχουν πολλά σφάλματα στρογγυλοποίησης και περικοπής που σχετίζονται με την αριθμητική διαδικασία.
2. Κακή επιλογή μαθηματικού μοντέλου: Τι γίνεται αν το φυσικό σύστημα που προσπαθείτε να μοντελοποιήσετε ή να προσομοιώσετε δεν συμμορφώνεται με τις υποθέσεις του μοντέλου σας? Ίσως το μοντέλο έχει πάρα πολλές απλουστεύσεις που το καθιστούν κακή αναπαράσταση του πραγματικού συστήματος.
3. Λάθη διακριτοποίησης: Το λογισμικό FE λειτουργεί με διακριτοποίηση συνεχών μαθηματικών εξισώσεων και τύπων. Φυσικά, ένα διακριτό μοντέλο δεν μπορεί να χαρτογραφήσει τέλεια ένα συνεχές μοντέλο, καθιστώντας τα λάθη αναπόφευκτα. Ας ελπίσουμε, διαπιστώνουμε ότι είναι ασήμαντες.
4. Εγγενείς Αδυναμίες και Περιορισμοί: Η έλλειψη εμπειρίας στη χρήση λογισμικού FE σημαίνει ότι ορισμένοι μηχανικοί δεν γνωρίζουν τους περιορισμούς ή τις ελλείψεις αυτού του τύπου λογισμικού. Για παράδειγμα, Η μοντελοποίηση ενός μέλους με εξαιρετικά μεγάλα τμήματα ή πολύ μικρά μήκη μπορεί να συμβεί γύρω από συνδέσεις ή μετά την εισαγωγή μοντέλων από CAD. Ωστόσο, Αυτοί οι τύποι μελών μπορεί να προκαλέσουν κακή ρύθμιση της διαδικασίας FE και να παράγουν λανθασμένα αποτελέσματα.
5. Ανθρώπινο σφάλμα με εισόδους: Αυτή είναι ίσως η πιο κοινή ή προφανής πηγή σφάλματος. Ο μηχανικός ή ο χρήστης έχει εισαγάγει λανθασμένα τα στοιχεία εισόδου του και αυτό οδηγεί σε σφάλμα. Για παράδειγμα, οι κομβικές θέσεις εισήχθησαν εσφαλμένα χιλιοστά όταν περίμενε το λογισμικό μέτρα. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα μια ΤΕΡΑΣΤΙΑ δομή, ενώ οι ενότητες είναι ακόμα μικροσκοπικές γιατί έχουν εισαχθεί σωστά χιλιοστά.
6. Ανθρώπινο Σφάλμα με Μοντελοποίηση: Οι άπειροι χρήστες μπορεί να έχουν πρόβλημα με τη σωστή μοντελοποίηση μιας δομής. Αυτό μπορεί να προκαλέσει σφάλματα τα οποία ο χρήστης δεν κατανοεί ή ακόμη και δεν αναγνωρίζει (τρομακτικός!). Για παράδειγμα, μπορεί να μην συνειδητοποιούν ότι τα γειτονικά στοιχεία πρέπει να μοιράζονται έναν κοινό κόμβο για να συνδέονται μεταξύ τους. Αν δεν το κάνετε αυτό θα έχει ως αποτέλεσμα ένα ανεπαρκώς περιορισμένο μοντέλο. Μπορείτε να δείτε ένα παράδειγμα αυτού στο μοντέλο που φαίνεται παρακάτω. Ένα μέλος καλύπτει την κορυφή ολόκληρης της κατασκευής και ο μηχανικός ξέχασε να συνδέσει τις κολώνες χωρίζοντας το επάνω μέλος σε πολλά συνεχή μέλη. Ευτυχώς όπως το λογισμικό Το SkyCiv Structural 3D διαθέτει ενσωματωμένο "Επισκευή μοντέλου" λειτουργία.

Φιγούρα 1: Ο μηχανικός δεν συνέδεσε σωστά τις κολώνες στο επάνω μέλος δοκού.

Πώς μπορώ να ελαχιστοποιήσω αυτά τα σφάλματα?

Είναι καλή πρακτική να ελέγχετε διεξοδικά το μοντέλο σας τόσο πριν όσο και μετά την επίλυση. Στο απόλυτο ελάχιστο, θα πρέπει να εκτελείτε τις ακόλουθες εργασίες όταν χρησιμοποιείτε το λογισμικό FE:

1. Ελέγχετε πάντα τα στοιχεία σας και βεβαιωθείτε ότι το λογισμικό λειτουργεί σύμφωνα με τις τιμές που σκοπεύατε. Θα εκπλαγείτε πόσες φορές ένας χρήστης επικοινωνεί με την ομάδα υποστήριξής μας νομίζοντας ότι υπάρχει σφάλμα με το λογισμικό, μόνο για να συνειδητοποιήσουν ότι εισήγαγαν λανθασμένες μονάδες ή δεδομένα.
2. Πάντα να εκτελείτε χονδρικούς υπολογισμούς με τα χέρια για να ελέγξετε εάν τα αποτελέσματα είναι εντός του εύρους που περιμένετε (συχνά αναφέρεται ως "παρκινγκ" αριθμοί).
3. Επιθεωρείτε πάντα το παραμορφωμένο σχήμα της κατασκευής. Εάν το σχήμα δεν είναι αυτό που περιμένει η διαίσθησή σας, τότε μπορεί να έχετε ρυθμίσει λανθασμένα τα φορτία ή τα στηρίγματα.
4. Εάν τα αποτελέσματά σας καταλήγουν να είναι μικρά νούμερα, ελέγξτε την ακρίβεια αριθμών στο λογισμικό. Αλλάξτε τη μέθοδο ακριβείας εξόδου αριθμών σε "Εκθετικός" σημειογραφία για παράδειγμα, ώστε να μπορείτε να κατανοήσετε την κλίμακα της εξόδου. Εναλλακτικά, αν οι αριθμοί σας είναι πολύ μεγάλοι, πιθανότατα έχετε ρυθμίσει το μοντέλο λάθος ή η δομή σας δεν έχει σχεδιαστεί σωστά.

Ελπίζω ότι αυτό το άρθρο βοήθησε στην κατανόηση των τύπων ζητημάτων και σφαλμάτων που μπορεί να προκύψουν κατά τη χρήση λογισμικού πεπερασμένων στοιχείων. Αν έχετε αμφιβολίες για το μόντελινγκ σας, Η ομάδα υποστήριξής μας μπορεί να σας βοηθήσει. Όταν χρησιμοποιείτε το λογισμικό SkyCiv, Μην φοβάστε να επικοινωνήσετε με την υποστήριξη για τυχόν προβλήματα μοντελοποίησης.

ΕΓΓΡΑΦΕΙΤΕ ΔΩΡΕΑΝ

Paul Comino
CTO και συνιδρυτής της SkyCiv
Μηχανική BEng (Χονγκ), BCom
LinkedIn