En el análisis de carga límite de ANSYS, el valor de la tensión de Mises superó el límite de fluencia

¿Se realizó el análisis por elementos finitos de la estructura del anillo de refuerzo del autor del hilo mediante el método límite? Mi costumbre es simplemente utilizar tuberías más gruesas para realizar el análisis habitual. Los que tienen anillos de refuerzo, se pueden calcular directamente con los métodos de cálculo habituales. Si se superan las especificaciones, se recomienda reforzar la conexión.

¿Se está utilizando un material idealmente elástico-plástico?

Es un post antiguo, de hace cuatro años. Recientemente estoy trabajando en un problema similar, así que comparto mis ideas para que todos puedan discutirlas y tomarlas como referencia. Agradezco las críticas y sugerencias. Una vez que se establece el límite de fluencia en Ansys, en teoría, cuando la tensión de Mises en esa zona (parece que Anysys no admite el tercer criterio de fluencia) alcanza ese valor, la relación entre tensión y deformación local cambia. La forma específica de este cambio depende del modelo de relación constitutiva utilizado. Uso el refuerzo bilineal, con un valor de tangente igual a 0. Con esta configuración, una vez que la unidad cede, no ocurre fenómeno de endurecimiento; es decir, la tensión no sigue aumentando a medida que aumenta la deformación, sino que se mantiene constante en el nivel de yield. Durante el proceso que realicé yo mismo, también se produjo una situación en la que el valor de la tensión de Mises superó la línea de rendimiento, con un desvío de aproximadamente el 30%. Esto se debe a que, en los cálculos por elementos finitos, lo que se calcula directamente son las soluciones numéricas en los puntos de integración dentro de las celdas; posteriormente, estos valores se extienden hacia afuera (lo cual puede compararse con la interpolación), para obtener los datos de los nodos. Y los valores de esfuerzo que se muestran en el diagrama son precisamente los valores en los nodos. Los errores que ocurren durante el proceso de extrapolación pueden hacer que el esfuerzo en los nodos sea mayor que los valores de esfuerzo en los puntos de integración a ambos lados. Según mi opinión personal, el proceso de extrapolación de los puntos de integración y los errores que se generan en dicha extrapolación son inevitables. Se puede reducir este error mediante la Detallar de la red, de modo que haya más puntos de integración en las zonas de interés y que la distancia entre ellos sea menor. En mis propios cálculos, este método también resultó eficaz: al refinar la malla, la tensión máxima seguía superando el límite de fluencia, pero la desviación relativa era de solo alrededor del 1,5%.

Si agrega manualmente las zonas en la escala de iconos de nubes, estableciendo una zona muy estrecha cerca de la línea de rendimiento, se observará que en el nuevo mapa de nubes, las zonas donde la tensión supera dicha línea se encuentran principalmente en áreas donde la calidad de la malla es deficiente o en los bordes de la zona de rendimiento. En esos lugares, la variación de la tensión es relativamente grande, lo que también aumenta el error en el proceso de extrapolación. Ansys primero calcula la deformación y luego el esfuerzo. Tras realizar los pasos mencionados anteriormente, se observará que la región donde la tensión alcanza el límite de fluencia coincide básicamente con la región donde se produce la deformación plástica. Esto indica que las tensiones superiores a la línea de fluencia que aparecen en el mapa de tensiones son errores de cálculo y no afectan a la deformación de la estructura; después de todo, existe un orden de cálculo en el que primero se calcula la deformación y luego la tensión. Es decir, dejando de lado los errores propios de la simulación (causados por la carga, las condiciones de contorno, la simplificación del modelo y la malla), aunque en algunas zonas los valores de esfuerzo son mayores que el límite de fluencia, los errores locales no afectan la precisión general de la simulación numérica. Los resultados de deformación de la estructura bajo las condiciones de cálculo son fiables.

Luego está el problema de la refinación de la malla. Debido a las limitaciones de rendimiento del ordenador de oficina, utilicé el método de submodelos durante el proceso de refinamiento; basándome en los resultados del modelo principal, calculaba continuamente las partes locales de la estructura que eran de interés. De hecho, se observó que cuanto más fino es la malla del submodelo, menor es la desviación relativa entre la tensión máxima y la línea de fluencia. Pero con el método de submodelos también es necesario evitar las zonas de concentración de esfuerzos, a fin de que los datos utilizados como condiciones de borde del submodelo sean lo más precisos posible. Por lo tanto, los submodelos no deben ser demasiado pequeños. Además, a partir de la relación entre los resultados de deformación y esfuerzo mencionados anteriormente, se puede concluir que en los cálculos reales no es necesario refinar la malla hasta el punto en que la tensión máxima sea exactamente igual al límite de fluencia. Basta con que estén lo suficientemente cercanos para obtener resultados precisos de deformación y esfuerzo. Después de todo, siempre habrá errores en el proceso de simulación. El nivel de detalle de los submodelos y de la malla depende del grado de tolerancia que se tenga hacia esos errores.

Olvidé mencionar anteriormente que, al comparar los mapas de estrés y de deformación plástica, se puede observar que en los lugares donde el estrés es muy alto, por encima del límite de fluencia, es probable que no haya deformación plástica. Según mi interpretación personal, es muy probable que Ansys utilice los valores de los puntos de integración para determinar resultados como la resistencia al fluir, mientras que en el mapa en nubes se muestran los valores de las nodos. Por lo tanto, los mapas de estrés presentan errores, pero los mapas de deformación deberían ser relativamente precisos. Esto no es contradictorio. Todo lo mencionado anteriormente, incluyendo los errores de extrapolación de los puntos de puntuación, el método de submodelos, la definición del límite de rendimiento, etc., se puede encontrar fácilmente. Si hay algún error, por favor no duden en corregírmelo.

Este mensaje fue editado por Ou Lan por última vez el 14-12-2020 a las 18:04. La estructura de presión interna del cilindro es sencilla, la rejilla está bien organizada y la distribución de tensiones y deformaciones es bastante ideal; por lo tanto, es poco probable que surjan los problemas que mencioné anteriormente. Si prueba a realizar simplemente estiramientos, descubrirá que la resistencia a la flexión de la muestra también se ajusta bastante bien a las condiciones ideales.