eindig element (FE) software wordt meestal gebruikt voor het modelleren en analyseren van het gedrag van een structuur. Bij gebruik van FE-software, de verkregen oplossing is om vele redenen een benadering. In dit artikel, Ik zal je door de bronnen van fouten leiden in een structureel eindige-elementenmodel, laat u zien waar u op moet letten bij het valideren en verifiëren van uw model. Als je het nog niet wist, de meeste software die we bij SkyCiv leveren, is gebaseerd op de eindige-elementenmethode (VIJF), dus dit artikel is relevant als het gaat om FE-software zoals SkyCiv.
Foutbronnen bij gebruik van eindige-elementensoftware
In de onderstaande lijst, Ik heb de belangrijkste fouten samengevat die kunnen optreden bij het modelleren van structuren met FE-software. Sommige hiervan kunnen door de gebruiker worden beheerd, terwijl andere vaak niet kunnen worden geholpen.
- Numerieke fouten: De analyse wordt uitgevoerd op computers, die alleen reële getallen met eindige precisie kan vertegenwoordigen. Dus, er zijn veel afrondings- en afkapfouten in verband met het numerieke proces.
- Slechte keuze van wiskundig model: Wat als het fysieke systeem dat u probeert te modelleren of te simuleren niet voldoet aan de aannames van uw model?? Misschien heeft het model te veel vereenvoudigingen waardoor het een slechte weergave is van het echte systeem.
- Discretisatie fouten: FE-software werkt door continue wiskundige vergelijkingen en formules te discretiseren. Natuurlijk, een discreet model kan een continu model niet perfect in kaart brengen, fouten onvermijdelijk maken. Hopelijk, we vinden dat ze onbeduidend zijn.
- Inherente zwakheden en beperkingen: Gebrek aan ervaring met het gebruik van FE-software betekent dat sommige technici zich niet bewust zijn van de beperkingen of tekortkomingen van dit type software. Bijvoorbeeld, het modelleren van een staaf met extreem grote secties of zeer kleine lengtes kan voorkomen rond verbindingen of na het importeren van modellen uit CAD. Echter, dit soort leden kan ervoor zorgen dat het FE-proces slecht wordt geconditioneerd en onjuiste resultaten oplevert.
- Menselijke fout met invoer: Dit is waarschijnlijk de meest voorkomende of voor de hand liggende foutbron. De monteur of gebruiker heeft hun invoer onjuist ingevoerd en dit leidt tot een fout. Bijvoorbeeld, de knoopposities zijn onjuist ingevoerd millimeter wanneer de software verwachtte meter. Dit resulteert in een ENORME structuur, terwijl de secties nog steeds klein zijn omdat ze correct zijn ingevoerd millimeter.
- Menselijke fout bij modellering: Onervaren gebruikers kunnen problemen hebben met het correct modelleren van een structuur. Dit kan fouten veroorzaken die de gebruiker niet begrijpt of zelfs niet herkent (eng!). Bijvoorbeeld, ze realiseren zich misschien niet dat aangrenzende elementen een gemeenschappelijk knooppunt moeten delen om met elkaar verbonden te zijn. Als u dit niet doet, krijgt u een slecht beperkt model. Een voorbeeld hiervan ziet u in het onderstaande model. Eén lid overspant de bovenkant van de hele constructie en de ingenieur vergat de kolommen te verbinden door het bovenste lid in verschillende doorlopende leden te splitsen. Gelukkig software zoals SkyCiv Structural 3D heeft een ingebouwde "Modelreparatie" functie.
Figuur 1: De monteur heeft de kolommen niet correct op de bovenste ligger aangesloten.
Hoe kan ik deze fouten minimaliseren??
Het is een goede gewoonte om uw model zowel voor als na het oplossen grondig te controleren. Bij de absoluut minimum, u moet de volgende taken uitvoeren wanneer u FE-software gebruikt::
- Controleer altijd uw invoer en zorg ervoor dat de software werkt op de waarden die u bedoelde. Je zou versteld staan hoe vaak een gebruiker contact opneemt met ons ondersteuningsteam met de gedachte dat er een fout in de software zit, alleen om te beseffen dat ze onjuiste eenheden of gegevens hebben ingevoerd.
- Voer altijd ruwe handberekeningen uit om te controleren of de resultaten binnen het bereik vallen dat u verwacht (vaak aangeduid als "honkbalveld" figuren).
- Inspecteer altijd de vervormde vorm van de constructie. Als de vorm niet is wat je intuïtie verwacht, heb je misschien de lasten of steunen verkeerd ingesteld.
- Als je resultaten uiteindelijk kleine getallen zijn, controleer de nummerprecisie op de software. Wijzig de precisiemethode voor nummeruitvoer in "exponentieel" notatie bijvoorbeeld, zodat u de schaal van de uitvoer kunt begrijpen. alternatief, als uw aantallen erg groot zijn, je hebt waarschijnlijk het model verkeerd ingesteld of je structuur is slecht ontworpen.
Ik hoop dat dit artikel heeft geholpen bij het begrijpen van de soorten problemen en fouten die kunnen optreden bij het gebruik van eindige-elementensoftware. Als je twijfels hebt over je modellenwerk, ons ondersteuningsteam kan u helpen. Wanneer u SkyCiv-software gebruikt, wees niet bang om contact op te nemen met de ondersteuning voor eventuele modelleringsproblemen.
CTO en medeoprichter van SkyCiv
Mechanisch (Hons1), BCom
De presentatie van dit artikel is goed doordacht. Het behandelt de basisprincipes van fouten in eindige-elementenmodellering vanuit het perspectief van de gebruiker. Ik zou willen vermelden dat de wiskunde die je zou moeten gebruiken partiële differentiaalvergelijkingen en matrixwiskunde zou zijn. Het probleem is natuurlijk dat het bepalen van het integrale of differentiële deel van de vergelijkingen een numerieke benadering is, zoals u zei. Jij als softwareprogrammeur zou een lus moeten invoeren die de iteraties zou invoeren die nodig zijn om tot een goede benaderingswaarde te komen. Dat is het moeilijke deel waarvoor u verantwoordelijk bent. In de begindagen van GT strudl en Staad hadden ze problemen met het aantal iteraties dat nodig was om die geschatte waarde te krijgen, daarom werd het altijd aanbevolen om eerst een met de hand berekende waarde vast te stellen die het begin zou zijn van de geschatte softwarewaarde. In het ontwerp, op de meeste manieren is het geschreven in de taal, we moeten beginnen met een redelijke grootte en vorm om de iteratiewaarden te laten convergeren naar de juiste waarde. Risa loopt nog steeds zonder fout vast als die iteratiewaarde niet convergeert. Ik hoop dat je een foutmelding hebt geplaatst die lijkt op STAAD, waarin staat dat de iteraties niet convergeren.