壳单元与实体单元的区别与讨论.pdf

殼元素與實體元素混用討論殼元素與實體元素混用討論殼元素與實體元素混用討論殼元素與實體元素混用討論 May 7th 2010 殼元素與實體元素混用討論殼元素與實體元素混用討論殼元素與實體元素混用討論殼元素與實體元素混用討論 May 7th 2010 Kerry HuangKerry HuangKerry HuangKerry Huang Senior EngineerSenior EngineerSenior EngineerSenior Engineer Kerry HuangKerry HuangKerry HuangKerry Huang Senior EngineerSenior EngineerSenior EngineerSenior Engineer Page 2 Created by konadoul 前言前言前言前言前言前言前言前言 殼元素與實體元素的連接可使用Shell to solid拘束來達成 於先前研究文件 Shell to Solid設定 已討論此種拘束的應用時機和設定方式 然而在實際應用上 發現對於特定問題存在著某些限制 本文將針對此種拘束進行數種測試與討論 以供CAE工程師於往後中使用 使用軟體 ABAQUS 6 9 1 殼元素與實體元素的連接可使用Shell to solid拘束來達成 於先前研究文件 Shell to Solid設定 已討論此種拘束的應用時機和設定方式 然而在實際應用上 發現對於特定問題存在著某些限制 本文將針對此種拘束進行數種測試與討論 以供CAE工程師於往後中使用 使用軟體 ABAQUS 6 9 1 Page 3 Created by konadoul 分析模型分析模型分析模型分析模型I I I I分析模型分析模型分析模型分析模型I I I I 一PCB板 板上有一晶片 試討論不同建模方法對於分析結果的影響 測試條件 固定4個螺孔 給予晶片上一梯形分布的壓力 一PCB板 板上有一晶片 試討論不同建模方法對於分析結果的影響 測試條件 固定4個螺孔 給予晶片上一梯形分布的壓力 1mm 70mm 35mm 17 29mm 14 82mm 1mm 建模法建模法建模法建模法1 直接使用實體元素直接使用實體元素直接使用實體元素直接使用實體元素建模法建模法建模法建模法2 部分部分部分部分PCB以以以以 殼元素建模殼元素建模殼元素建模殼元素建模 部分使部分使部分使部分使 用實體元素用實體元素用實體元素用實體元素 Fixed 分布函數分布函數分布函數分布函數 0 5X 15 壓力強度壓力強度壓力強度壓力強度 1MPa C3D8I C3D8I S4R Page 4 Created by konadoul 分析模型分析模型分析模型分析模型I I I I分析模型分析模型分析模型分析模型I I I I 依照網格密度和建模法的不同 分析模型可分成五種 Case1 建模法1 Case2 建模法2 使用共用節點連接 Case3 建模法2 以Shell to solid連接 交接處殼元素網格大小等於實體元素 Case4 建模法2 以Shell to solid連接交接處殼元素網格比實體元素大 Case5 建模法2 以Shell to solid連接交接處殼元素網格比實體元素小 以Case1的結果做為基準進行比較 依照網格密度和建模法的不同 分析模型可分成五種 Case1 建模法1 Case2 建模法2 使用共用節點連接 Case3 建模法2 以Shell to solid連接 交接處殼元素網格大小等於實體元素 Case4 建模法2 以Shell to solid連接交接處殼元素網格比實體元素大 Case5 建模法2 以Shell to solid連接交接處殼元素網格比實體元素小 以Case1的結果做為基準進行比較 Case1 Case2 Case3 Case4 Case5 Page 5 Created by konadoul 分析結果分析結果分析結果分析結果I I I I分析結果分析結果分析結果分析結果I I I I 位移 位移 Case1 Case2 Case3 Case4 五種模型的結果幾乎相同五種模型的結果幾乎相同五種模型的結果幾乎相同五種模型的結果幾乎相同 Case5 Page 6 Created by konadoul 分析結果分析結果分析結果分析結果I I I I分析結果分析結果分析結果分析結果I I I I Von Mise Von Mise Case1 Case2 Case3 Case4 除了除了除了除了Case2之外之外之外之外 其餘其餘其餘其餘模型的結果幾乎相同模型的結果幾乎相同模型的結果幾乎相同模型的結果幾乎相同 Case5 Page 7 Created by konadoul 分析模型分析模型分析模型分析模型II II II II分析模型分析模型分析模型分析模型II II II II 網格模型同分析模型I 測試條件為固定PCB四個螺孔 給予200G的半正弦衝擊波 作用時間2ms 網格模型同分析模型I 測試條件為固定PCB四個螺孔 給予200G的半正弦衝擊波 作用時間2ms 衝擊強度衝擊強度衝擊強度衝擊強度 200G Page 8 Created by konadoul 分析結果分析結果分析結果分析結果II II II II分析結果分析結果分析結果分析結果II II II II 位移 2ms 位移 2ms Case1 Case2 Case3 Case4 Case2的結果位移的分布已完全不同的結果位移的分布已完全不同的結果位移的分布已完全不同的結果位移的分布已完全不同 而而而而Case5的最大位移值差異很大的最大位移值差異很大的最大位移值差異很大的最大位移值差異很大 Case5 Page 9 Created by konadoul 分析結果分析結果分析結果分析結果II II II II分析結果分析結果分析結果分析結果II II II II Von Mise Von Mise Case1 Case4 Case3Case5 Case2和和和和Case5的結果差異很大的結果差異很大的結果差異很大的結果差異很大 整個模型的結果產生很大的錯誤整個模型的結果產生很大的錯誤整個模型的結果產生很大的錯誤整個模型的結果產生很大的錯誤 Case2 Page 10 Created by konadoul 小結小結小結小結小結小結小結小結 由分析模型I和分析模型II的結果可得知 殼元素和實體元素的混用 應使用 Shell to solid將兩者連接 直接使用共用節點連接會有問題 推測是實體元素上 下表面的節點未參予拘束所造成 從分結果可知殼元素的網格大小需大於實體元素的網格大小 否則於動態問題 中可能會出現錯誤的結果 由分析模型I和分析模型II的結果可得知 殼元素和實體元素的混用 應使用 Shell to solid將兩者連接 直接使用共用節點連接會有問題 推測是實體元素上 下表面的節點未參予拘束所造成 從分結果可知殼元素的網格大小需大於實體元素的網格大小 否則於動態問題 中可能會出現錯誤的結果 Page 11 Created by konadoul 分析模型分析模型分析模型分析模型IIIIIIIIIIII分析模型分析模型分析模型分析模型IIIIIIIIIIII 一PCB板 試討論不同建模方法對於分析結果的影響 測試條件 固定3個螺孔 給予中間一梯形分布的壓力 一PCB板 試討論不同建模方法對於分析結果的影響 測試條件 固定3個螺孔 給予中間一梯形分布的壓力 70mm 35mm C3D8I C3D8I S4R 建模法建模法建模法建模法1 直接使用共點直接使用共點直接使用共點直接使用共點 建模法建模法建模法建模法2 部分部分部分部分PCB以殼元素建模以殼元素建模以殼元素建模以殼元素建模 部分部分部分部分 PCB以實體元素建模以實體元素建模以實體元素建模以實體元素建模 實體元素的實體元素的實體元素的實體元素的PCB 分成分成分成分成2部分部分部分部分 以以以以Tie拘束連接拘束連接拘束連接拘束連接 Fixed 分布函數分布函數分布函數分布函數 0 5X 5 壓力強度壓力強度壓力強度壓力強度 0 1MPa Page 12 Created by konadoul 分析模型分析模型分析模型分析模型IIIIIIIIIIII分析模型分析模型分析模型分析模型IIIIIIIIIIII 依照網格密度和建模法的不同 分析模型可分成四種 Case1 建模法1 Case2 建模法2 以Shell to solid連接 交接處殼元素網格等於實體元素 Case3 建模法2 以Shell to solid連接 交接處殼元素網格比實體元素大 Case4 建模法2 以Shell to solid連接 交接處殼元素網格比實體元素小 Case5 建模法2 以Shell to solid連接 交接處殼元素網格比實體元素大 實體元 素的部分予以網格細化 依照網格密度和建模法的不同 分析模型可分成四種 Case1 建模法1 Case2 建模法2 以Shell to solid連接 交接處殼元素網格等於實體元素 Case3 建模法2 以Shell to solid連接 交接處殼元素網格比實體元素大 Case4 建模法2 以Shell to solid連接 交接處殼元素網格比實體元素小 Case5 建模法2 以Shell to solid連接 交接處殼元素網格比實體元素大 實體元 素的部分予以網格細化 Case1Case2Case3Case4Case5 Page 13 Created by konadoul 分析結果分析結果分析結果分析結果IIIIIIIIIIII分析結果分析結果分析結果分析結果IIIIIIIIIIII Case1 Case4 Case3Case5 Case2 位移 2ms 位移 2ms 分析無法收歛 Case4無法收歛無法收歛無法收歛無法收歛 Cas2 Case3和和和和Case5與與與與Case1結果幾乎相同結果幾乎相同結果幾乎相同結果幾乎相同 Page 14 Created by konadoul 分析結果分析結果分析結果分析結果IIIIIIIIIIII分析結果分析結果分析結果分析結果IIIIIIIIIIII Von Mise Von Mise Case1 Case4 Case3Case5 Case2 分析無法收歛 Case4無法收歛無法收歛無法收歛無法收歛 Cas2 Case3和和和和Case5與與與與Case1結果幾乎相同結果幾乎相同結果幾乎相同結果幾乎相同 差異僅差異僅差異僅差異僅 在邊界條件處的最大應力值在邊界條件處的最大應力值在邊界條件處的最大應力值在邊界條件處的最大應力值 Page 15 Created by konadoul 分析模型分析模型分析模型分析模型IVIVIVIV分析模型分析模型分析模型分析模型IVIVIVIV 網格模型同分析模型III 測試條件為固定PCB三個螺孔 給予200G的半正弦衝擊波 作用時間2ms 網格模型同分析模型III 測試條件為固定PCB三個螺孔 給予200G的半正弦衝擊波 作用時間2ms Fixed 衝擊強度衝擊強度衝擊強度衝擊強度 200G Page 16 Created by konadoul 分析結果分析結果分析結果分析結果IVIVIVIV分析結果分析結果分析結果分析結果IVIVIVIV 位移 2ms 位移 2ms Case1 Case4 Case3Case5 Case2 Case4的最大位移結果有很大的差異的最大位移結果有很大的差異的最大位移結果有很大的差異的最大位移結果有很大的差異 Page 17 Created by konadoul 分析結果分析結果分析結果分析結果IVIVIVIV分析結果分析結果分析結果分析結果IVIVIVIV Von Mise Von Mise Case1 Case4 Case3Case5 Case2 比較整體應力分布趨勢可發現比較整體應力分布趨勢可發現比較整體應力分布趨勢可發現比較整體應力分布趨勢可發現 Case4的結果有很大的差異的結果有很大的差異的結果有很大的差異的結果有很大的差異 Page 18 Created by konadoul 分析結果分析結果分析結果分析結果IVIVIVIV分析結果分析結果分析結果分析結果IVIVIVIV Von Mise 最大值設定15MPa Von Mise 最大值設定15MPa Case1 Case4 Case3Case5 Case2 觀察殼元素與實體元素連接區域應力分布可發現觀察殼元素與實體元素連接區域應力分布可發現觀察殼元素與實體元素連接區域應力分布可發現觀察殼元素與實體元素連接區域應力分布可發現 所有的簡化模型所有的簡化模型所有的簡化模型所有的簡化模型 均有相當程度的差異均有相當程度的差異均有相當程度的差異均有相當程度的差異 Page 19 Created by konadoul 小結小結小結小結2 2 2 2小結小結小結小結2 2 2 2 由分析模型III和分析模型IV可得知 在此種類型的簡化上 Shell to solid的連接 只於靜態問題有較佳的表現 殼元素連接處的網格大小需比實體元素大 於動態問題中 以Shell to solid連接殼元素和實體元素 可得到正確的位移植和 整體應力分布趨勢 但在連接處的應力值可能會出現錯誤 殼元素連接處的網格大小需比實體元素大 如果連接區域為分析所關住的重點 應使Shell to solid拘束離該區域較遠或不使 用此種方式簡化 Case6 直接以實體元素建模並使用Tie拘束 進行衝擊試驗 由分析模型III和分析模型IV可得知 在此種類型的簡化上 Shell to solid的連接 只於靜態問題有較佳的表現 殼元素連接處的網格大小需比實體元素大 於動態問題中 以Shell to solid連接殼元素和實體元素 可得到正確的位移植和 整體應力分布趨勢 但在連接處的應力值可能會出現錯誤 殼元素連接處的網格大小需比實體元素大 如果連接區域為分析所關住的重點 應使Shell to solid拘束離該區域較遠或不使 用此種方式簡化 Case6 直接以實體元素建模並使用Tie拘束 進行衝擊試驗 Page 20 Created by 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