5 kroków do weryfikacji wyników MES

Czegokolwiek byśmy nie projektowali, koniec końców nasza praca zostanie zweryfikowana przez życie… jednak zawsze wolę wiedzieć, czy mój projekt ma szansę przejść pozytywnie tę weryfikację, zanim dojdzie do poważnego wypadku!

Dlatego bardzo ważna jest umiejętność weryfikacji wyników MES.

Jeśli rozwiązujesz jakiś znany problem (np. benchmark), jest to łatwe. Wystarczy po prostu porównać swoje wyniki z prawidłowymi znanymi wynikami… i to wszystko (lub też trzeba znaleźć błąd, co jest bardziej prawdopodobne).

Na ogół jednak nie znamy prawidłowej odpowiedzi. Wtedy sytuacja staje się trudniejsza. A jeśli masz trochę takich samych cech jak ja, możesz mieć problemy! Widzisz, mam tendencję do znajdowania „dziwnych” uzasadnień niespodziewanych wyników. Jestem w tym tak dobry, że kilka razy udało mi się przekonać samego siebie, że wyniki są dobre… dopóki dalsza analiza nie pokazała, że wcale tak nie jest!

Myślę, że większość ludzi chce po prostu „odnieść sukces” w tym, co robi. Kiedy więc dzieje się coś nieoczekiwanego, wytrwale szukamy uzasadnienia tego faktu. Na pewno jest to wspaniałe ćwiczenie umysłowe, jednak nauczyłem się już dawno temu, by weryfikować wyniki, które otrzymuję. Poniżej przedstawiam krótki proces, według którego staram się wtedy postępować.

1. Sprawdź kształt deformacji

Myślę, że kształt deformacji jest ważniejszy nawet od maksymalnej wartości! Sprawdzenie kształtu deformacji daje nam szansę na przemyślenie, czy model pracuje tak, jak oczekiwaliśmy. To nie jest sprawdzenie normowe czy też sprawdzenie, którego mógłby sobie zażyczyć klient. To jest tylko dla Ciebie – pozwala Ci sprawdzić, czy wszystko poszło dobrze.

Warto zauważyć, że czasami konieczne jest wielokrotne zwiększenie skali deformacji, żeby móc ocenić zachowanie modelu. Znowu: nie chodzi tu o wielkość odkształcenia, tylko o jego kształt!

2. Sprawdź wartość deformacji

Sprawdzanie wartości odkształceń może nastręczać nieco trudności. Programy obliczeniowe zwykle skalują automatycznie otrzymane przemieszczenia w zależności od wielkości modelu. Oznacza to, że to, co widzimy na ekranie, nie jest „faktycznym” zdeformowanym kształtem, tylko kształtem ze współczynnikiem skali wybranym automatycznie przez oprogramowanie (w celu „zwiększenia” wrażeń użytkownika).

Przyznaję, ze na ogół to fajna funkcja, ale może być bardzo myląca. Upewnij się więc, że ustawiłeś skalę deformacji na 1.0 i obejrzyj odkształcony model również w tej skali.

Pamiętaj, że zbyt duże odkształcenia nie są tu jedynym problemem! Jeśli wiesz, że model powinien się odkształcić, ale się nie odkształca, najprawdopodobniej coś poszło nie tak!

3. Sprawdź reakcje

Jest tu kilka rzeczy, które powinny Cię zainteresować:

• Po pierwsze, sprawdź, czy wszystkie przyjęte przez Ciebie uproszczenia podpór działają

Jeśli modelujesz stojącą na ziemi doniczkę, możesz pominąć definicję kontaktu i zadać pionową podporę na całej dolnej powierzchni doniczki. To jest świetne… chyba że otrzymasz siłę rozciągającą w takiej podporze! Takie siły nie mają prawa się tam pojawić (chyba że doniczka jest przyklejona do podłoża).

Gdybyś więc dostał siłę rozciągającą w takim podparciu, wiedziałbyś, że przyjęte na początku założenia (o zignorowaniu kontaktu) są błędne.

To bardzo częsty błąd, który może prowadzić do sporych błędów w przyjmowaniu warunków brzegowych.

• Sprawdź siły – równowagę sił układu

Jeśli nie wykonujesz poważnej analizy dynamicznej, siły czynne powinny być w równowadze z siłami reakcji. Ponieważ zwykle wiesz, ile obciążenia przyłożyłeś (dobrze jest to wiedzieć!), wystarczy sprawdzić reakcje na dowolnym kierunku i porównać je z całkowitym obciążeniem na tym kierunku. Jeśli wyniki są różne, coś poszło nie tak…

• Sprawdź „miękkie sprężyny” („haki powietrzne”)

Od czasu do czasu będziesz analizować problemy, które są „trochę” niestabilne. Najprawdopodobniej zastabilizujesz je bardzo miękką sprężyną (czasami nazywaną „hakiem powietrznym”). To całkowicie fałszywe podparcie, pomaga jednak w obliczeniach numerycznych.

Po zakończeniu obliczeń dobrze jest więc sprawdzić reakcje w tych miękkich sprężynach… ponieważ nie ma tam rzeczywistej podpory, siły reakcji powinny być minimalne!

Jeśli nie są… musisz rozważyć sztywność sprężyny lub miejsce, w którym ją dodałeś.

Jeśli zmieniałeś już kilkakrotnie położenie miękkich sprężyn i wciąż otrzymujesz w nich znaczne reakcje, to może Twój problem jest tak niestabilny, że ta metoda nie działa?

• Zastanów się nad przyjętymi warunkami brzegowymi

Jeśli masz wątpliwości co do warunków brzegowych, użyj równych zestawów i porównaj wyniki. W ten sposób sprawdzisz, czy założenia, których nie jesteś pewien, mają istotny wpływ na wynik.

Ponadto dzięki temu możesz przyjrzeć się, jak wygląda zdeformowany model przy różnych założeniach i wybrać, które rozwiązanie jest najbliższe rzeczywistości.

4. Rzuć okiem na naprężenia

Zwykle robię to podczas sprawdzania, czy naprężenia są akceptowalne. Jednak celem nie jest tu ocena, czy obliczony model ma wystarczającą nośność, czy też wymaga wzmocnienia. Sprawdzamy, czy otrzymane wyniki mają w ogóle sens!

Domyślnie program obliczeniowy najprawdopodobniej pokaże Ci średnie naprężenia. Może nie być to idealne podejście. Znajdź miejsce, w którym ustawia się wyświetlania naprężeń i wyłącz uśrednianie. Zdziwisz się, jak bardzo wyniki mogą się różnić!

Jeśli w sąsiednich elementach występują duże różnice naprężeń, powinieneś rozważyć zmniejszenie siatki w tym regionie.

Zwykle programy obliczeniowe mają kilka opcji wyświetlania wyników. Poucz się o nich i korzystaj z nich mądrze!

5. Zrób ręczne obliczenia!

Ta rada zawsze sprawia, że napotykam kilka dziwnych spojrzeń. Uważam jednak, że weryfikacja wyników MES za pomocą uproszczonych obliczeń jest szaloną supermocą!

Ten post robi się już długi, a ręczne obliczenia zasługują na oddzielny wpis. Możesz być pewien, że wrócę do tego tematu na blogu!

Chcesz uczyć się MESa?

To rewelacyjnie! Koniecznie zapisz się na mój darmowy kurs z podstaw stateczności i MES. Możesz się do niego zapisać poniżej: