有限元 (有限元) 软件通常用于建模和分析结构的行为. 使用 FE 软件时, 由于许多原因，获得的解决方案是近似的. 在这篇文章中, 我将带您了解结构有限元模型中的误差源, 向您展示验证和验证模型时要注意的事项. 如果你还不知道, 我们在 SkyCiv 提供的大多数软件都是基于有限元方法 (五), 所以这篇文章在处理像 SkyCiv 这样的 FE 软件时是相关的.
使用有限元软件时的错误来源
在下面的列表中, 我总结了使用 FE 软件对结构进行建模时可能出现的主要错误. 其中一些可能由用户控制，而另一些通常无法帮助.
- 数值错误: 分析在计算机上进行, 只能以有限精度表示实数. 从而, 有许多与数值过程相关的舍入和截断错误.
- 数学模型选择不当: 如果您尝试建模或模拟的物理系统不遵守模型的假设怎么办? 也许模型有太多的简化，使其无法很好地表示真实系统.
- 离散化错误: FE 软件通过离散化连续数学方程和公式来工作. 当然, 离散模型无法完美映射连续模型, 使错误不可避免. 希望, 我们发现它们微不足道.
- 固有的弱点和限制: 缺乏使用有限元软件的经验意味着一些工程师没有意识到这类软件的局限性或缺点. 例如, 在连接周围或从 CAD 导入模型之后，可能会出现对具有极大截面或极短长度的构件进行建模. 然而, 这些类型的成员可能会导致 FE 过程变得病态并产生错误的结果.
- 输入的人为错误: 这可能是最常见或最明显的错误来源. 工程师或用户输入错误，导致错误. 例如, 节点位置输入错误 毫米 当软件期待 米. 这导致了一个巨大的结构, 虽然这些部分仍然很小，因为它们已正确输入 毫米.
- 建模人为错误: 没有经验的用户可能无法正确建模结构. 这可能会导致用户无法理解甚至无法识别的错误 (害怕!). 例如, 他们可能没有意识到相邻元素需要共享一个公共节点才能相互连接. 不这样做将导致模型约束不佳. 您可以在下面显示的模型中看到一个示例. 一个构件跨越整个结构的顶部，工程师忘记通过将顶部构件分成几个连续的构件来连接柱子. 谢天谢地，像这样的软件 SkyCiv Structural 3D 内置 "模型维修" 功能.
数字 1: 工程师没有将柱子正确连接到顶部梁构件.
我怎样才能最大限度地减少这些错误?
在求解之前和之后彻底检查您的模型是一种很好的做法. 在 绝对最小值, 使用 FE 软件时，您应该执行以下任务:
- 始终检查您的输入并确保软件在您预期的值上运行. 您会惊讶于有多少次用户联系我们的支持团队认为该软件存在错误, 才意识到他们输入了错误的单位或数据.
- 始终进行粗略的手工计算以检查结果是否在您期望的范围内 (通常被称为 "球场" 数据).
- 经常检查结构的变形形状. 如果形状不是您的直觉所期望的，那么您可能错误地设置了负载或支撑.
- 如果你的结果最终是小数字, 检查软件上的数字精度. 将数字输出精度方法更改为 "指数的" 例如符号，以便您可以了解输出的比例. 或者, 如果你的数字很大, 您可能错误地设置了模型，或者您的结构设计不佳.
我希望这篇文章有助于理解使用有限元软件时可能出现的问题和错误的类型. 如果您对建模有任何疑问, 我们的支持团队可以为您提供帮助. 当您使用 SkyCiv 软件时, 不要害怕联系支持以解决任何建模问题.
保罗·科米诺
SkyCiv首席技术官兼联合创始人
机械学 (荣誉1), 电信公司
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SkyCiv首席技术官兼联合创始人
机械学 (荣誉1), 电信公司
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