[AntX]

Здравствуйте, уважаемые участники форума. Недавно столкнулся с такой, достаточно сложной для меня задачей. Необходимо смоделировать процесс деформации и разрушения или, по крайней мере, рассчитать, при какой нагрузке шарик в данной модели (в приложении) начнет разрушаться. В дальнейшем результаты будут проверены практикой, пока же необходимо смоделировать испытание.
Что сделано: создана сборка, состоящая из цилиндра с плунжером и испытуемого шарика. При моделировании цилиндра использовался этот ГОСТ. Шарик диаметром 20 мм состоит из стекла. Затем заданы условия испытания: материалы и их свойства, давление на плунжер, контакты компонентов (шарика с плунжером и поддоном - нижней частью цилиндра), крепление - фиксация нижней части поддона. При попытке запуска статического исследования моделирование не завершается с ошибкой:
[IMG]http://img203.**********.us/img203/3125/5zdc.jpg[/IMG]
Насколько я понимаю, ошибка связана с геометрией сборки: похоже, что из-за нулевой площади контакта смоделировать испытание при помощи статического исследования не получится. В таком случае неясно, каким образом можно получить картину, близкую к реальности. Возможно, это не так, прошу помощи в решении этого вопроса.
Затем попробовал изменить решающую программу на Direct Sparse, в результате получил следующую ошибку:
[IMG]http://img824.**********.us/img824/6558/1z6w.jpg[/IMG]
Понимаю, что подобная сложность наверняка связана с недостатком опыта в работе с SolidWorks, в особенности с инструментом Simulation. Это действительно так, поэтому прошу помощи у более опытных форумчан в этом вопросе.
Файл сборки и изображение исследования находятся в приложении. Буду благодарен за любое высказанное мнение - честно говоря, пока что не понимаю точно, что вызывает указанную проблему.

[ETCartman]

проблема носит объективный характер для такого рода задач с контактом и тем более без достаточных закреплений. причем хоть в какой программе.
как минимум вам лучше решать такую задачу как осесимметричную.
а если вы поделитесь опытами - как именно образцы разрушаются, то решение и воовсе можно получить аналитически либо найти в каком нибудь справочнике (если например речь идет о растягивающих напряжениях внутри сжатого шара) Сама программа вам разрушение не посчитает.

[СергейД]

вам нужно вырезать сектор и наложить условия симметрии (вы этого явно не сделали)
мне кажется, что SW не слишком подходит для подобных задач. нужны ansys либо abaqus
тем более если хотите отследить пластику.

[AntX]

Сообщение от ETCartman проблема носит объективный характер для такого рода задач с контактом и тем более без достаточных закреплений. причем хоть в какой программе. как минимум вам лучше решать такую задачу как осесимметричную. а если вы поделитесь опытами - как именно образцы разрушаются, то решение и воовсе можно получить аналитически либо найти в каком нибудь справочнике (если например речь идет о растягивающих напряжениях внутри сжатого шара) Сама программа вам разрушение не посчитает.

Спасибо за ответ.
Что подразумевается под фразой "без достаточных закреплений"? Без закрепления самого шарика?
Опытов пока что не ставилось. Контактные напряжения в случае с одним шариком, конечно, не так сложно посчитать, пользуясь теорией Герца. Это и планируется сделать в дальнейшем для проверки результатов, полученных при помощи модели. Загвоздка в том, что эта модель - всего лишь "пристрелочная", в дальнейшем планируется заполнить весь цилиндр шариками с определенной укладкой (например, гексагональной или близкой к ней), что само по себе непростая задача, смоделировать испытание и проверить результат на практике. Такую задачу аналитически решить уже как минимум на порядок сложнее (необходимо учитывать взаимодействие десятков шариков как друг с другом, так и с цилиндром, причем каждый шарик контактирует с другими в большом числе точек), поэтому сейчас тестирую модель с одним шариком, чтобы затем использовать ее для решения случая с большим числом шариков.
Подобную задачу решали в ANSYS (файл в приложении). Моделировать сам процесс разрушения необязательно (хотя было бы неплохо, но это пока не является целью), нужно лишь сказать, при какой нагрузке это разрушение произойдет. Причем вырезание одной четвертой части модели (как в случае с примером, приведенным выше) в данном случае не подходит - затем необходимо исследовать систему, состоящую из множества шаров, не обладающую подобной симметрией.

[ETCartman]

Сообщение от AntX Здравствуйте, уважаемые участники форума. Недавно столкнулся с такой, достаточно сложной для меня задачей. Необходимо смоделировать процесс деформации и разрушения или, по крайней мере, рассчитать, при какой нагрузке шарик в данной модели (в приложении) начнет разрушаться. В дальнейшем результаты будут проверены практикой, пока же необходимо смоделировать испытание. .

по существу без расчета ясно что у вас приблизительно получится по расчету. Никакого "разрушения" вам программа скорее всего не выдаст.
Максимальные напряжения будут в зоне контакта от сжатия. Оценить их довольно точно вы можете по формуле Герца
Они у вас будут вызывать раскрошивание материала в зоне контакта (у вас как я понял однократное нагружение)
Также у вас возникнут растягивающие напряжения в поперечном направлении которые вероятно будут наибольшими в середине.
У вас материал хрупкий - разрушение будет тоже хрупким. возможно начинаться оно будет от какого то дефекта внутри.
так что ничего особо вам стандартный расчет не даст - хоть где. делайте эксперименты с разными шарами и фиксируйте все стадии разрушения. тогда уже можно будет подключать расчеты и смотреть что и почему. цветные картинки с полями напряжений хорошо смотрятся в отчетах и производят впечатление какого то невероятного хайтека. в этом суть моделирования по большей части и состоит.

ЗЫ пропустил ваш ответ

Что подразумевается под фразой "без достаточных закреплений"?

им в виду условия закрепления на симметричном резе. закрепить линейные смещения нормально поверхности
Но в вашем случае осесимметричная задача будет проще - быстрей все сойдется, в том числе и нелинейные расчеты если вы таковые удумаете производить.
Статья которую вы привели в пример - какая то студенческая. контакт с шариком решен лет много лет назад притом аналитически. И применение непосредственно в шарикоподшипниках, которые придуманы не вчера. Какой смысл в этом во всем? Вы что, в программе МКЭ теорию прочности разрабатывать хотите? Это вообще звучит как "Исследование теоремы пифагора в автокаде. Поддержано грантом сколково ..."
разрушения в контактной зоне и разрушение образца - это разные вещи по природе вообще. И в частности - стекло совершенно особый материал, чтобы на нем такие исследования в общем случае проводить.

pps

Такую задачу аналитически решить уже как минимум на порядок сложнее (необходимо учитывать взаимодействие десятков шариков как друг с другом, так и с цилиндром, причем каждый шарик контактирует с другими в большом числе точек), поэтому сейчас тестирую модель с одним шариком, чтобы затем использовать ее для решения случая с большим числом шариков.

а какой конечный смысл? если это что то типа моделирования дискретной сыпучей среды - то там прочность шариков ни чо не значит.
там изучается динамика шариков в целом, и общие свойства таких сред прежде всего интересны.
http://youtu.be/GNt1Z-vk76g
http://youtu.be/ymukPF0ZZCE
Если вы хотите моделировать грунты типа песчаников то тоже прочность отдельных песчинок не значит ничего.
к тому же шарообразные частицы скорее всего тоже будут сильно ненадежным допущением.
Для начала вам надо сгенерировать их в соответствии с распределением по крупности, затем утрамбовать и потом уже прикладывать штамп сверху. При этом начало текучести данной среды и будет символизировать предел прочности грунта. Прочность отдельных частичек не будет иметь значения.
на sf.net много открытых кодов для симуляции частиц.
погуглите.
вот что то такое http://dda.sourceforge.net/
http://sourceforge.net/projects/vgw/
elmer fem там же

[AntX]

Сообщение от ETCartman цветные картинки с полями напряжений хорошо смотрятся в отчетах и производят впечатление какого то невероятного хайтека. в этом суть моделирования по большей части и состоит.

Точно подмечено. Возможно, цветные картинки и правда не помешают, но основная задача не в этом.

Сообщение от ETCartman Но в вашем случае осесимметричная задача будет проще - быстрей все сойдется, в том числе и нелинейные расчеты если вы таковые удумаете производить.

Возможно ли свести к осесимметричной задачу о сдавливании большого числа шариков (причем, скорее всего, не с гексагональной, а только с близкой к ней укладкой - скажется несоответствие размеров) в том же цилиндре? Я, честно говоря, не понимаю, как это возможно сделать. А именно это является конечной задачей.

Сообщение от ETCartman а какой конечный смысл?

Конечным результатом должно быть усилие, приложенное к плунжеру, при котором материал шариков (заполняющих цилиндр) начинает разрушаться.

По поводу смысла в целом.
Планируется использовать блоки с подобными шариками в качестве материала, имеющего высокую несущую способность и при этом обладающего такими полезными свойствами, как высокое термическое сопротивление, способность распределять локальное силовое воздействие, устойчивость к нагреву и возгоранию и т.п. Ближайший аналог - сотовые конструкции. Идея немного другая, но смысл схожий. Для того, чтобы подтвердить предполагаемой свойство - высокую несущую способность, необходимо в лабораторных условиях провести испытания, желательно в соответствии с каким-либо ГОСТом, чтобы результаты можно было с чем-либо сравнить. Модель же нужна для того, чтобы затем с ее помощью проводить расчет на выдерживаемую нагрузку при заполнении этими же шариками других тел (к примеру, не цилиндра, а блока в виде прямоугольного параллелепипеда).
Я понимаю, что задача с одним шариком (а именно в такой форме я поставил ее в начале темы) может быть простейшим образом решена аналитически, правда, без учета специфичности стекла как материала. Но смысл не в этом. А смысл в дальнейшем масштабировании полученной модели до любой произвольной формы заполнения с произвольной укладкой и произвольной нагрузкой. А для этого, насколько я понимаю, необходимо сначала провести моделирование взаимодействия с одним шариком.
По поводу выбора SW Simulation. Честно говоря, выбрал именно эту программу из-за того, что с остальными подобными системами толком не знаком (в ANSYS решал только простейшие задачи при обучении, об abaqus же вообще слышу впервые). Если задача в такой форме средствами Simulation не решается, то, конечно, придется осваивать другие программные системы. Но это все займет весьма длительное время, которое сейчас тратить бы не хотелось.
ETCartman, благодарю за данные советы, есть над чем подумать.

[СергейД]

вы, похоже, не совсем поняли советы.
в исходной задаче шар явно не был вообще закреплен от смещений боковых.
перейдя к четверти и даже одной 60й с правильным наложением условий симметрии вы разберетесь в поведении системы.
научитесь решать контактную задачу. при этом она считаться будет во много быстрее и при этом у вас будет реальная возможность сгустить сетку в зоне контакта
(про это еще не было ни полслова)

далее можете переходить к сложным многошаровым системам. но, повторю, делать это нужно не в SW.
решил немало подобных задач= знаю, что говорю. вот высылать некогда (без ansys apdl вам не разобраться).

[AntX]

СергейД, спасибо за пояснения.
Насколько я понимаю, переход к четверти (или 1/60-й) - это не суть задачи, а всего лишь способ уменьшить время, необходимое для расчета.
По контактной задаче в такой форме (шарик с поверхностью) материалов достаточно много, в ANSYS в том числе. Думаю, что разобраться в этом не так сложно. В том числе и со сгущением сетки в зоне контакта. Но я все равно не понимаю, каким образом возможно перейти от системы с 1/4 шара к сложной системе из большого числа шаров, которые вообще могут быть расположены несимметрично. Условия симметрии в такой системе, наверное, задать будет вообще невозможно.

[СергейД]

научиться решать контактную задачу для сектора- это почти все.
сделайте сначала и разберитесь с параметрами...
далее решаете полную задачу несимметричную, какую угодно с этими параметрами
- это просто в сотни раз дольше.

[ETCartman]

SolidWorks Simulation это по сути надстройка над Cosmos (как ANSYS WB надстройка над классическим) - минус этой программы в том что если надо посчитать что то , где надо варьировать разные параметры - с ходу не ясно, как этим управлять.
Тем не менее решать простые контактные задачи конечно можно. Сделайте правильные закрепления и выставите adaptive mesh в настройках. И все равно не гарантия что сойдется. В ANSYS все те же проблемы со сходимостью (и те же пляски с бубном) что и в Cosmos. Если и лучше - то исчезающе мало. это на мой опыт. В CalculiX все настройки изначально ручные, тоже приходится попотеть для сходимости.
Производители и рекламщики программ, когда их спрашивают про расчет реальных конструкций со множественным контактом, "как же, многоуважаемые, его произвести?" - закатывают глазки и говорят что то типа "ууууу, это не так просто", "надо поиграть параметрами!" и т.д. Есть упрощенные модели контакта - например в Impact-FEM тупо задается сила контактного взаимодействия. В результате все сходится без проблем (если силу взять сильно маленькой - то тела проваливаются друг в друга) Также упрощенные модели контакта в программах для твердотельной симуляции (типа SolidWorks Motion)
Там вашу задачу будет проще хоть как то предварительно решить. только найти как выдернуть конкретные усилия для каждого шарика (в том случае те же контактные напряжения можно пересчитать для оценки обратно по герцу).
Тем более что по сути - вам контактные напряжения возможно и не нужны. Они вряд ли будут играть роль при разрушении шара целиком. Так что вы можете просто тупо начать с прочности шарика просто тупо приложив сосредоточенные силы (и игнорируя напряжения около зоны контакта - пользуясь принципом Сен-Венана). на удалении от этой зоны напряжения скорее всего и будут представлять интерес. Но чтобы точно утвердительно ответить на этот вопрос - надо анализировать испытания ваших шариков и соотносить их с результатами расчета.
сделайте испытание и выложите видео сюда. и желательно конкретные параметры и схемы