Ansys计算Hyperview后处理总结

Ansys以及Hyperview的后处理总结作者：枫雪天一，QQ：542436072前言：在实际的项目分析以及和网友交流时，很多时候对有限元软件的结果后处理理解并不深刻，在选择何种结果作为研究对象以及工程考核参照时，往往不是很明了。因此针对目前使用率较高的Ansys软件以及Altair的Hyperview软件进行了简单的对比分析，对这两种软件中不同的后处理方法进行了说明。本文主要进行以下两种对比：1，同一模型，采用ansys计算，采用ansys查看结果，与Radioss计算，Hyperview查看结果进行对比；2，同一模型，采用ansys和Radioss分别进行计算，然后结果均在Hyperview中查看对比。本文中选用的模型由网友Gypsophila提供，在这里表示感谢；感谢网友小范（[e-mail]）以及simwefanhj，两位网友对Ansys后处理的总结以及推荐文献：李辉煌，《ANSYS工程分析基础与观念》，高立图书有限公司。由于作者水平有限，难免有错误不当之处，还希望各位朋友指正交流。Ansys中四种处理方法的解释背景介绍：有限元分析的DOF的数值解（亦即displacementfields）在空间上虽然是连续的，但是并不一定是平滑的（有尖点）；事实上是：在单元的内部，这些displacementfields是连续且平滑的（因为是由形函数所描述），但是跨过单元的边界时，则通常是连续但不平滑的（形函数并不跨越单元边界）；所以整体空间而言，displacementfields是连续但不平滑的，在数学上我们称之为“片段平滑”函数（piece-wisesmoothfunctions）。这种片段平滑函数经微分（应变场基本上是位移场的微分）之后，就变成“片段连续”的函数：亦即在单元的内部是连续的，但是跨过单元的边界时是不连续的，等应力线的不连续点发生在单元的边界上。（大白话：有限元中节点位移是真实结果，节点的应变和应力是根据高斯积分点结果外插的结果。）为了更进一步的来观察这种不连续的应力，我们可以将每个单元的应力值list出来，我们会发现同一个节点其应力（包括上下层）会不一样！由此可知，同一个节点，由于它属于不同的单元，其数值解就不一样了。理论上，只要单元足够小，这种应力（或应变）的不连续性也会跟着足够小。事实上，这种不连续性可以作为结果精度的量测基准，即不连续性越大，结果精度越差。在实际工作中，将单元切割的很细来达到应力线连续的目的是没有必要的，ANSYS可以将不连续的应力值做一个“简单的处理”，使之变成连续平滑的，而不失其合理性，这就是Nodalsolu。所谓“简单的处理”，就是取其平均值（averaging）：同一个节点，若有几个不同的应力值，则把这些值取代数平均，做为唯一的应力值。（Nodalsolu可以显示表面结果――同时显示上下表面结果，也可单独显示中面结果，即膜应力结果）。以下图一为例进行说明：Elementsolution：节点应力。最原始的结果，一个单元的各个节点的应力。即A1~A4,B1~B4，C1~C4，D1~D4的结果。Nodalsolution：节点应力。根据Elementsolution的结果进行处理，为不同单元在同一节点上应力的平均。节点400处的结果为：A2+1344BCD。Elementtable：单元应力。根据Elementsolution的结果进行处理，为每个单元自身节点应力的平均。如单元A的Elementtable=A1+A2344AA,B,C,D单元的结果类似，这是没有进行平均处理的。如果进行平均处理，则再将已计算出的各单元表的应力进行差值处理。Hyperview中四种处理方法的解释来源Altair的help文件：file:///…/Altairwin64/hw9.0/help/hv_mv_hg/hwd.htm图一单元节点模型在某节点（node）处的单元结果（elementalresult）的节点平均值（nodalaveraging）由经过该节点所有单元角点（elementcorner）的平均值决定。如果单元的角点结果不可用（controlcard中设置），那么就会采用单元的质心结果（centroidalresults）来计算节点平均值。下面例子中，四个单元共用节点400，那么节点400处的节点平均值等于：A2+1344BCD,当控制卡片Usecornerdata打开时；A+4BCD，当控制卡片Usecornerdata关闭时。SimpleAveraging平均处理之前，就已经提取出张量组（tensor）、矢量组（vector）以及计算出不变式（invariants）。从每个单元角点提取出的同类的张量组或矢量组，然后再进行平均计算；对于不变式来说也是这样先提取，再进行平均处理的。如上图所示，在节点400处的四个角点有四组张量[A2],[B1],[C3],[D4]。那么该点处的某一xx组的均值为：21344AxxBxxCxxDxxRxx以不变式取VonMises为例，那么节点400的VonMises结果即为四个角点的VonMises均值：[2][1][3][4]4VonMisesVonMisesVonMisesVonMisesABCDRxxAdvancedAveraging在高级（advanced）平均方法下，首先将张量（矢量）结果转化到同一个不变坐标系（consistentsystem）下，然后对每个组单独进行平均处理以获得平均张量（矢量）。再根据平均张量（矢量）计算不变式。不变坐标系可以是全局坐标系或者为体单元的自定义坐标系。对壳单元来说，可以是节点投影坐标系，即由投影准则描述的在节点投影平面上的全局坐标系或者自定义坐标系。上图所示的节点400的张量：[2][1][3][4][400]4RCRCRCRCRCABCDR其中，[2],[1],[3],[4]RCRCRCRCABCD是从角点A2,B1,C3,D4分别投影到指定坐标系下的张量。DifferenceDifference方法用来描述某一节点上最大角点值和最小角点值之间的差异。对张量（矢量）组来说，从不同的单元中提取该节点上的同类参数进行差异性计算。对不变式来说也是如此。对图一的例子来说，节点400处的张量xx：MaxMinRxxRxxRxx其中，{2,1,3,4}{2,1,3,4}MaxMinRxxMAXAxxBxxCxxDxxRxxMINAxxBxxCxxDxx若四个角点值分别为：200,400，-100，-500，那么Difference结果为900。一Radioss计算，Hyperview查看1.1处理方式：未设置controlcard—stress（location空白）VonMises应力云图（平均方法—None）VonMises应力云图（平均方法—Simple）VonMises应力云图（平均方法—Advanced）VonMises应力云图（平均方法—Difference）1.2处理方式：设置controlcard—stress（location：corner）VonMises应力云图（平均方法—None）VonMises应力云图（平均方法—Simple）VonMises应力云图（平均方法—Advanced）VonMises应力云图（平均方法—Difference）二Ansys计算，Ansys查看2.1处理方式一：高斯点_YES,ifvalidVonmises云图nodalsolutionVonmises云图elementsolutionVonmises云图elementtable(notaverage)Vonmises云图elementtable(notaverage)2.2处理方式二：高斯点_NO,COPYitVonmises云图nodalsolutionVonmises云图elementsolutionVonmises云图elementtable(notaverage)Vonmises云图elementtable(average)三Ansys计算，Hyperview查看3.1处理方式一：不勾选UsercornerdataVonMises应力云图（平均方法—None）VonMises应力云图（平均方法—Simple）VonMises应力云图（平均方法—Advanced）VonMises应力云图（平均方法—Difference）3.2处理方式二：勾选UsercornerdataVonMises应力云图（平均方法—None）VonMises应力云图（平均方法—Simple）VonMises应力云图（平均方法—Advanced）VonMises应力云图（平均方法—Difference）四结果分析类型F=10526N单元类型：六面体AveragingmethodVonMises(Mpa)UsecornerdataNottousecornerdataaRadioss计算Hyperview查看None676.9576.9Simple776.4562.6advanced420.6562.6difference674.8389.5bAnsys计算Ansys查看AveragingmethodVonMises(Mpa)高斯点_yes高斯点_no,copyitNodalsolution674.8613.1Elementsolution776.4674.9ElementtableNotaverage576.9576.9Elementtableaverage562.6562.6cAnsys计算Hyperview查看AveragingmethodNottousecornerdataVonMises(Mpa)GS_YESGS_NONone576.9576.9Simple562.6562.6advanced562.6562.6difference389.5389.5AveragingmethodUsecornerdataVonMises(Mpa)GS_YESGS_NONone776.4674.8Simple676.9614.8advanced674.8613.1difference420.7390.2对比结论1.角点corner的打开关闭对Hyperview的四种平均方法影响均较大。在关闭corner时，simple与advanced结果一致。2.Ansys中高斯积分点与Radioss中的角点corner是一致的。高斯积分点的打开与关闭只影响nodalsolution和elementsolution，对elementtable没有影响。3.a和b的对比可发现，高斯点打开时，nodalsolution，elementsolution分别与corner打开时None，Simple结果一致；Elementtablenotaverage结果与corner关闭时None的结果一致，而elementtableaverage结果与corner关闭Simple的结果一致。4.b和c的对比可以发现，关闭corner时，ansys计算中的高斯点是否打开没有影响，并且Elementtablenotaverage结果与None的结果一致，而elementtableaverage结果与Simple的结果一致。5.b和c的对比发现，打开corner时，hyperview下simple与高斯点打开时Nodal一致…………由于数据较多，情况组合多变，并且不能确定表中数据是否有巧合成分。因此只做了以上几点总结，读者可以根据自己实际情况进行总结真诚欢迎大家批评、指正、补充。