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COMSOL学习笔记(结构力学)

教程地址:https://www.bilibili.com/video/BV1R7411u7cP?p=55

课件地址:https://github.com/sjtu-xx/COMSOL-

模态分析

在进行模态分析时,如果直接添加研究->特征频率,则会忽略载荷的影响。

如果需要考虑载荷的影响,需要进行研究->特征频率、预应力。(实际上是先计算包含应力的稳态,然后将结果进行特征频率分析,分析时勾选几何非线性。)

特征频率的分析对结果进行了归一化,所以结果中的变形并不是真实的变形。

  • 每一个特征值下的变形幅度经过缩放。
  • 不同特征值之间的变形幅度不能进行比较。
  • 只能看振型,而不能当作真实形变。

屈曲分析

主要用于研究结构在特定载荷下的稳定性以及确定结构失稳的临界载荷。

线性屈曲

是以小位移小应变的线弹性理论为基础的。分析中不考虑结构在受载变形过程中结构构型的变化,也就是在外力施加的各个阶段,总是在结构初始构型上建立平衡方程。

非线性屈曲

几何非线性失稳分析

弹塑性失稳分析

非线性后屈曲分析

一致对:

​ 两个表面位移等连续

接触对:

​ 两个表面位移不一定连续

弹簧基础是相对地面的,对于结构之间的连接不能使用弹簧基础。

对称结构

使用对称边界条件,不但要求几何对称,还要求载荷,约束以及解也对称。

使用镜像数据集绘制完成的3D几何下的解。

板壳理论

薄板:(Kirchhoff-love假设)

• 平行于板中面的各层互不挤压。
• 直法线假定:忽略剪应力和所引起的剪切变形,且认为板弯曲时沿板厚方向各点的挠度相等。
• 中面内各点都无平行于中面的位移。

中厚板(comsol板接口)

• Reissner
不再采用直法线假定,而是采用直线假定,板内各点的挠度不等于中面挠度。

厚壳

Mindlin-Reissner理论
将Reissner理论推广到壳

梁接口

Euler-Bernouli梁

  • 变形前垂直梁中心线的界面,变形后仍为平面
  • 变形后横截面与变形后的轴线相垂直

Timoshenko梁

  • 变形前垂直梁中心线的界面,变形后仍为平面。
  • 考虑横向剪切变形影响的情况,原来垂直于中心线的截面变形后不再与中心线垂直。

复合材料模拟

https://cn.comsol.com/model/micromechanics-and-stress-analysis-of-a-composite-cylinder-67001

等效单层理论(ESL)

将整个层和结构按均匀材料属性计算,并只在中面求解。用于薄层

分层理论(LW)

具备沿厚度方向求解并可用于包含层分离区域的较厚层和结构。用于稍厚的层。

非线性

几何非线性

  • 大变形需要在研究中开启几何非线性。
  • 有限旋转需要在研究中开启几何非线性。
  • 后屈曲分析。

几何非线性的应变项包含了高阶位移项,因此相比于不适用几何非线性的应变小。看上去像是强化了一样,可以看做是应力强化。

对于无穷小旋转,$sin\theta$被近似为$\theta$。对于有限旋转,$sin\theta$不能被近似。

材料非线性

  • 塑形、超弹性、粘弹性、蠕变

蠕变

对于时间依赖的本构,要勾选计算耗散能。

接触问题

源面和目标面(与abaqus中的主面和从面类似)
源面选择较硬的面,如果硬度相同,选择凹边界为源。
目标边界需要更精细的网格

罚函数法速度快,容易收敛。但计算没有增广拉格朗日法精确。

变量缩放
需要在研究->场变量中调整缩放因子,使得结果大致处于相同的量级,提高收敛性。

收敛性:

  • 时间步进:向后差分格式
  • 求解器采用的步长:精确
  • 因变量:接触压力的缩放因子