软件和数学在有限元分析中的作用
我曾经认为数学和软件在有限元分析中的作用是两种不同的现象。但最近……
2022年11月21日如何检查FEA报告是否正确?
20分钟阅读
我看过很多别人做的有限元分析报告。主要是因为客户要求我验证它们，或者提供计算是否正确的意见。通常情况下，我不得不告诉问我的人，他们的报告有严重的缺陷……
简单检查FEA报告的能力对经理和企业主来说非常有用。毕竟，您确实希望确保所排序的计算是正确的!但同样的知识将帮助有限元分析专家使他们的报告更好!
有一些关键的事情你需要注意。虽然其中一些至少需要一点知识和批判性思维，但许多可以由没有深入工程培训的人来验证。
当然，像往常一样，我会尽量保持简单，并尽可能容易理解!
这不是关于漂亮的图像!
我完全爱上了FEA美学。我喜欢结果的动画和模型有趣部分的好快照。我是说，这看起来是不是很棒?
从我核实的报告来看，我不是唯一一个有这种爱的人!通常，FEA报告中充满了这样的图像。
不要误解我的意思，我并不反对报告中的图像，它们不仅看起来很棒，而且还“证明”你确实做了模型的有限元计算(!)。
但报告的价值并不在图片中(很遗憾)。想想看，你无法根据图片判断上面的部分是好是坏。
经验表明，FEA报告通常是这样的:
- 第1页:谁订购了什么，模型几何形状是什么样的，这个部分是由什么材料制成的，有时在分析中考虑的载荷。
- 页面2 - 10:很多非常漂亮的模型快照(有时网格“关闭”，所以你不能真正看到网格质量)。
- 11页:总结如下:“从报告中可以看出，分析的部分具有足够的容量和/或符合代码”。
可悲的是，以上这些都是错误的!我知道有相当多的设计规范允许使用有限元分析，但没有一个允许我们“根据图像”判断模型的能力。老实说，我真的无法想象那个过程会是什么样子!
我认为以上的做法是完全错误的。但它仍然是最流行的准备有限元分析报告的方式。我甚至知道这是为什么。这个想法很简单:你制作模型，以某种方式加载它，显示带有“结果”的图像，然后“通过眼睛”判断这“看起来不错”。但你不应该这样做……
记住:FEA图像看起来很棒，但是它们没有传达足够的信息来判断分析的结果是什么!
如果报告中大部分都是图片，没有描述和结果分析，那么很有可能这不是你要搜索的内容!
标准或设计规范
工程基本上是“标准化”的。这意味着，如果你想“设计一些东西”，就会有官方文件(大多数时候是在“国家层面”!)规定你应该如何进行设计!
这是一个巨大的资产，因为标准要求您进行某些活动，并给出如何解释结果的规则。这些需求是存在的，即使客户没有意识到它们!因此，当有人“按照ABC标准”订购设计时，工程师有责任遵循该规范!
这意味着由体面的代码完成的排序设计实际上是有益的。它为客户提供了一个框架，以后可以检查(即使客户不知道这个框架……它就在那里!)。
我最喜欢的标准:
- Eurocodes !我来自欧洲，所以Eurocodes是我的自然选择。这些是土木工程规范，允许您计算钢(包括一些不锈钢)，混凝土，木材和其他结构。遗憾的是，它们有很多(数千页!)，而您通常只能同时使用几个。尽管如此，它们的用途远远超出了土木工程，特别是自从板材(EN 1993-1-5)和壳牌(EN 1993-1-6)规范提供了一个非常好的框架，可以对几乎所有钢材进行非线性有限元分析!
- DNV-RP-C208。欧洲代码是“国家”代码(即由欧盟国家批准)，而DNV代码是由挪威船级社(https://www.dnv.com/)。它们通常用于近海建筑。我喜欢它们的原因是，它们比欧洲代码更容易阅读，甚至包含一些简单的例子!我引用的是非线性有限元设计。
- EN 13445 - 3。虽然欧洲规范是欧洲的“土木工程规范”，但我们也有很多其他的规范。例如，压力容器行业使用此代码(许多其他行业有自己的代码!)。通常，以“EN”开头的代码可以被视为“欧洲代码族”的一部分，并且在性质上非常相似。知道你所在的行业是否有特定的EN标准绝对是件好事!
- ASME VIII第2节我想在这一点上，很明显我在压力容器和壳结构中工作。ASME是一种美国规范，其范围与EN 13445相似。它还描述了压力容器线性和非线性有限元设计的要求(非线性计算在第5章)。
所有这些代码似乎都让人难以承受?
别担心!如果你只是想检查一下提供给你的FEA报告，你真的不需要知道标准。您所需要的只是了解设计规范的存在，并且报告应该遵循其中的一个!
好吧，让我们回到报告本身!
报告中使用了哪个代码?
我坚信有限元分析报告应该遵循选定的标准/代码。通常，这是客户的选择，但一些国家的规则可能在某些情况下“强制”选择地区代码。在项目开始时指定它总是好的，以避免以后的麻烦!
当然，客户/经理并不一定要知道代码。但是知道代码的存在，并且你需要为设计选择一个代码，这绝对是件好事!
实际上，我总是非常乐意帮助我的客户选择一个“适合”他们需要的体面的设计代码。但我不得不说，如今，大多数情况下，他们只是知道自己需要什么。
即使您没有指定任何内容，并且您不确定该选择什么—也不要担心!一个好的有限元分析专家会问你这个问题，并指导你为你的任务选择一个合适的标准。
良好的有限元分析报告将说明在设计中遵循了哪个设计规范。
但是要小心!仅仅在表面上说设计是按照给定的代码完成的是不够的，它实际上必须遵循它，这样它才有价值!
这就是技术知识发挥作用的地方!
如何检查报告是否符合代码?
正如您已经知道的，有许多代码，实际上，不可能了解所有代码!但我觉得同样重要的是要确保设计遵循了代码程序。你怎么检查这个?
报告应该很好地描述代码使用!
是的，应该很容易!我的意思是，代码通常相当厚(200-800页)，包含多个章节和规则。通常情况下，它们包含设计师必须证明的不止一个检查(压力、稳定性、疲劳等等)。
这就是为什么好的报告总是在报告的给定部分说明所使用的程序。他们还应该显示，这个过程的结果是什么。
因此可以期待有相当多的代码参考如文件中的“in accordance with EN 1993-1-6 chapter X.Y”等。即使你不知道这些章节是关于什么的，有人提到代码也是一个好兆头!如果您正在编写报告，添加代码引用只是工作的一小部分，但它确实有助于您的报告看起来专业并“脱颖而出”-因此，如果您还没有这样做，我建议您这样做。
如果您不知道设计的代码，但您觉得参考可能有些地方“不正常”-不要担心。你可以随时向别人求助!或者只是随机查找一些章节参考，看看它们是否与报告内容匹配(如果方程看起来相同，等等)。
结果几乎总是一个“数字”!
工程界喜欢数字!
大多数代码过程以“代码检查”结束。通常是。一个简单的等式，某物比另一物小。
其中之一来自FEA分析。它将是某种结果，比如应力，梁的挠度，塑性应变等。另一个来自代码，但设计师可能必须“通过代码”计算该值，以便根据给定情况进行调整。
因此，期望每次代码检查以“A 不会有模糊的描述，如“如你所见，一切都很好”。尽管对于经验丰富的工程师来说，如果结果是“显而易见的”，这就有点棘手了…… 想象一个模型，其中一些检查将是1 < 1000!在这种情况下，很明显支票没问题，所以报告的作者可以写一些“显而易见”的东西。不过，这种情况并不经常发生。不管怎样，写出方程是很好的练习。 遗憾的是，这并不完全是非黑即白的。例如，ASME VIII第2节有几个检查，当分析收敛于给定的“状态”时，这些检查会成功(我真的不喜欢那些!)。这种检查的验证有点棘手。它将简单地以一个有趣的句子结束，如“由于分析收敛于负载情况C，根据第5.3章验证是肯定的”。不会有方程式或数字的结果。显然，这听起来“不具体”。尽管如此，这些事情很少发生(我只能从我的头顶上想到ASME)。 这就是这么简单。如果有人给你提供了一份报告，而你不确定代码，或者检查看起来“模糊”和“奇怪的不具体”，那就去问一下! 同样，您根本不需要知道代码。只需询问设计者在设计中使用了哪些程序(询问代码中的章节编号或公式编号)。这个问题的答案通常足以知道某人是否做得很好。你要么得到设计师使用的章节编号，要么得不到! 这有点棘手!当您看到报告中的内容时，您实际上看不到没有(也许应该存在)的内容。 通常，设计规范将验证分为几个“类别”。你可以问每一个问题: 很酷的是，上面的内容很好地符合前面的观点。以上每一项检查都有一个“代码程序”。这意味着你可以“正确”地做，也可以“错误”地做。总是问，在以上任何一个验证中遵循的是哪一章! 想象一下这样的情况: 你问报告提供者，他们是如何进行“压力设计”的，他们回答说，报告中的图像(漂亮的有限元图!)是“压力设计”……但是你已经知道，在看完这篇文章之后，这些图像是不够的，所以你问:“太好了，代码中的哪一章描述了你是如何分析这些结果并发现答案令人满意的?”Check-mate !＊ *顺便说一句，如果有人会告诉你一个章节，代码真的描述了如何从漂亮的图像中获得容量…请告诉我! 但这是更有效的稳定!对于人们来说，使用LBA(线性屈曲分析)来证明某物具有足够的屈曲能力是非常普遍的。绝大多数代码不要允许这样的支票!它们太原始太不准确了!在这种情况下，总是询问哪个代码章节指定了这样的验证……并且您将看到工作是否以正确的方式完成。 如何检查报告是否遵循所选代码? 通过阅读代码，这应该是显而易见的。预计会有相当多的代码引用，以及报告中通常看起来像a 如果你不确定-问它!报告提供程序应该回答使用了哪些代码过程，但请记住，您不是雇用他们来培训您如何进行此类分析。因此，如果您仍有疑问，请准备好自己阅读这部分代码。 同样要记住的是，报告中通常应该包括以下内容: 当然，假设范围没有限制或扩展到超出代码要求的范围(但您肯定会知道这一点)。 我很清楚，有些行业代码并不占主导地位，或者根本不存在。 可悲的是，这让事情变得更加复杂! 没有规则并不意味着一切都是可以接受的(在这种情况下，您不需要FEA报告，对吧?)这意味着，必须有人在某种程度上决定什么是可以接受的，什么是不可接受的。 我认为，在这种情况下，您应该选择可以在许多领域使用的“通用代码”。EN 1993-1-5和EN 1993-1-6是很好的想法。 否则，准备好讨论您愿意接受的限制，设计中需要的安全系数和负载组合等。 不幸的是，我没有好消息:这是一个技术问题! 虽然代码描述了很多，但它们不会告诉工程师如何正确地支持他们的模型。和我所见过的分析中最离谱的错误是模型支持。 如果你没有足够的工程知识恐怕没有简单的方法可以检验。 但至少要检查一下，分析中支持模型的方式是否在报告中以某种方式进行了描述。如果你喜欢它，你也可以想知道这个模型是否支持“make sense”。 你也可以随时询问。 支持模型的方式可能是分析中最重要的部分! 设计规范在这方面没有给出任何指导——它假定执行分析的工程师知道该怎么做! 检查报告中是否描述了这一点，如果有疑问，请别人帮助您了解支持该模型是否“有意义”! 在这里，我们必须现实一点。你很可能无法用负载检查所有内容，因为你必须再次自己写一半的报告! 代码通常很好地描述了如何计算地震、风或雪的载荷。这些计算可能有好几页的奇怪方程式。 有趣的是，我的经验是，这些通常都是正确的!我的意思是，当然，在遵循代码过程中可能会有错误，但无论如何，您找到这些错误的机会非常小(当然，除非您必须验证报告……然后检查每个方程和数字!)。 但是要检查分析中应该考虑的所有荷载是否真的存在(例如，有人没有完全忘记地震荷载!)。 规范通常描述如何在所谓的“荷载组合”中增加荷载。期望在报告中列出这些，并看看它们是否有意义。通常，这些负载使用“安全系数”(因此比您预期的要大)。在某些极端情况下，安全系数值在1.1到3.5之间变化。我认为，最常见的值在1.5到1.7之间。 检查负载很可能是一场不必要的噩梦! 说到重点，我不确定这是否是你想关注的，除非你真的被指控“非常”这份报告。 但是一定要检查，是否考虑了所有不同的负载，以及负载组合是否合理(每个代码都应该描述这些，因此也需要一个代码引用)。 我想知道你是不是在等这部分。我觉得很多人对此都很纠结。好吧，我承认糟糕的网格质量确实会导致结果“糟糕”。我会更关注模型支持，以及设计中使用的代码。 很难得到一个“感觉”如何小网格是“足够小”。你当然可以做网格收敛研究(更多信息请点击这里)，但如果你只是想快速查看报告，那就太麻烦了! 这里不可能给出一个快速的指南(就像支持一样)，但有一些提示: 至于网格“大小”，这可能有点棘手，但我想我知道如何帮助。看看这张图，想知道你认为哪种网格尺寸看起来“足够好”: 记住您选择的模型下的数字(不必是准确的!)当你准备好了，在横轴上检查你的号码。该图表将向您展示这种网格在非线性分析中产生的误差有多大(TRI和QUAD元素有单独的曲线): 我知道这只是一个“粗略的指南”，但至少它会给你一个视觉上的提示! 我们在这里涉及了很多方面，所以我觉得一个小总结是有序的! 我希望这篇文章能帮助你更好地分析FEA报告，也能帮助你自己写出好的报告! 有几个要点需要记住: 最后，如果你喜欢这篇文章，你可以通过加入我下面的免费FEA课程来学习更多!如果你不确定，那就问吧!
觉得报告不完整?
如果我的行业没有任何规范怎么办?
检查边界条件!
检查一下是否所有的货物都在那里!
网格质量
总结!
类别:
- 有限元分析基础
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