Elemento finito (FE) il software viene in genere utilizzato per la modellazione e l'analisi del comportamento di una struttura. Quando si utilizza il software FE, la soluzione ottenuta è approssimativa per molte ragioni. In questo articolo, Ti guiderò attraverso le fonti di errore in un modello strutturale agli elementi finiti, mostrandoti a cosa prestare attenzione durante la convalida e la verifica del tuo modello. Se non lo sapessi già, la maggior parte del software che forniamo a SkyCiv si basa sul metodo degli elementi finiti (CINQUE), quindi questo articolo è rilevante quando si tratta di software FE come SkyCiv.
Fonti di errore quando si utilizza il software agli elementi finiti
Nell'elenco sottostante, Ho riassunto i principali errori che possono sorgere durante la modellazione di strutture con il software FE. Alcuni di questi possono essere controllabili dall'utente mentre altri spesso non possono essere aiutati.
- Errori numerici: L'analisi viene eseguita su computer, che può rappresentare solo numeri reali con precisione finita. così, ci sono molti errori di arrotondamento e troncamento associati al processo numerico.
- Scarsa scelta del modello matematico: Cosa succede se il sistema fisico che stai cercando di modellare o simulare non rispetta le ipotesi del tuo modello? Forse il modello ha troppe semplificazioni che lo rendono scarsamente rappresentativo del sistema reale.
- Errori di discretizzazione: Il software FE funziona discretizzando equazioni e formule matematiche continue. Ovviamente, un modello discreto non può mappare perfettamente un modello continuo, fare errori inevitabili. Fiduciosamente, troviamo che sono insignificanti.
- Debolezze e limiti intrinseci: La mancanza di esperienza nell'uso del software FE significa che alcuni ingegneri non sono consapevoli dei limiti o delle carenze di questo tipo di software. Per esempio, la modellazione di un'asta con sezioni estremamente grandi o lunghezze molto ridotte potrebbe verificarsi attorno alle connessioni o dopo l'importazione di modelli da CAD. Tuttavia, questi tipi di membri possono causare il malcondizionamento del processo FE e produrre risultati errati.
- Errore umano con input: Questa è probabilmente la fonte di errore più comune o ovvia. Il tecnico o l'utente ha immesso i propri input in modo errato e sta causando un errore. Ad esempio, le posizioni nodali sono state inserite in modo errato millimetri quando il software si aspettava metri. Ciò si traduce in una struttura ENORME, mentre le sezioni sono ancora minuscole perché correttamente inserite millimetri.
- Errore umano con la modellazione: Gli utenti inesperti potrebbero avere problemi a modellare correttamente una struttura. Ciò potrebbe causare errori che l'utente non comprende o addirittura non riconosce (allarmante!). Per esempio, potrebbero non rendersi conto che gli elementi adiacenti devono condividere un nodo comune per essere collegati tra loro. In caso contrario, risulterà in un modello scarsamente vincolato. Puoi vedere un esempio di questo nel modello mostrato di seguito. Un membro copre la parte superiore dell'intera struttura e l'ingegnere ha dimenticato di collegare le colonne dividendo l'elemento superiore in più membri continui. Per fortuna software come SkyCiv Structural 3D ha un built-in "Riparazione del modello" funzione.
figura 1: L'ingegnere non ha collegato correttamente le colonne all'asta superiore della trave.
Come posso ridurre al minimo questi errori?
È buona norma controllare a fondo il modello sia prima che dopo la risoluzione. Al minimo assoluto, dovresti eseguire le seguenti attività quando usi il software FE:
- Controlla sempre il tuo input e assicurati che il software funzioni sui valori che intendevi. Sareste sorpresi di quante volte un utente contatta il nostro team di supporto pensando che ci sia un bug con il software, solo per rendersi conto di aver inserito unità o dati errati.
- Esegui sempre calcoli manuali approssimativi per verificare se i risultati rientrano nell'intervallo che ti aspetti (spesso indicato come "campo da baseball" figure).
- Ispezionare sempre la forma deformata della struttura. Se la forma non è quella che si aspetta il tuo intuito, potresti aver impostato i carichi o i supporti in modo errato.
- Se i tuoi risultati finiscono per essere numeri piccoli, controllare la precisione del numero sul software. Modificare il metodo di precisione dell'output del numero in "esponenziale" notazione, ad esempio, in modo da poter comprendere la scala dell'output. In alternativa, se i tuoi numeri sono molto grandi, probabilmente hai impostato il modello in modo errato o la tua struttura è progettata male.
Spero che questo articolo abbia aiutato a comprendere i tipi di problemi ed errori che possono sorgere quando si utilizza il software agli elementi finiti. Se hai dei dubbi sulla tua modellazione, il nostro team di supporto può aiutarti. Quando utilizzi il software SkyCiv, non aver paura di contattare l'assistenza per qualsiasi problema di modellazione.
CTO e co-fondatore di SkyCiv
BEng Mechanical (Hons1), BCom
La presentazione di questo articolo è ben pensata. Copre le basi degli errori nella modellazione agli elementi finiti dal punto di vista degli utenti. Vorrei menzionare che la matematica che dovresti usare sarebbe equazioni alle derivate parziali e matematica delle matrici. Il problema ovviamente è determinare la parte integrale o di derivazione delle equazioni è come hai affermato un'approssimazione numerica. Come programmatore di software dovresti entrare in un ciclo che inserisca le iterazioni necessarie per ottenere un valore di buona approssimazione. Questa è la parte difficile di cui sei responsabile. All'inizio di GT strudl e Staad avevano problemi con il numero di iterazioni necessarie per ottenere quel valore approssimativo, quindi si consigliava sempre di stabilire prima un valore calcolato a mano che sarebbe stato l'inizio del valore approssimativo del software. Nel disegno, nella maggior parte dei modi in cui è scritto nella lingua, dobbiamo iniziare con una dimensione e una forma ragionevoli per far convergere i valori di iterazione sul valore corretto. Risa si blocca ancora senza errori quando quel valore di iterazione non converge. Spero che tu inserisca un messaggio di errore simile a STAAD che ti dice che le iterazioni non stanno convergendo.