弹性静力分析实际模型示例

分析模型

表 9.2.1 列出了以弹性静力分析为对象的实际模型验证示例。 此外，模型形状（部分除外）如图 9.2.1～图 9.2.5 所示。 另外，运行单元类型 731 和 741 的示例时，需要另行准备直接法求解器。

表 9.2.1　弹性静力分析实际模型验证示例

案例名	单元类型	验证模型	节点数	自由度数
EX01A	342	连杆（10 万节点）	94,074	282,222
EX01B	342	连杆（33 万节点）	331,142	993,426
EX02	361	带孔块体	37,386	112,158
EX03	342	涡轮叶片	10,095	30,285
EX04	741	圆柱壳	10,100	60,600
EX05A	731	高脚杯(coarce)	7,240	43,440
EX05B	731	高脚杯(midium)	48,803	292,818
EX05C	731	高脚杯(fine)	100,602	603,612

图 9.2.1　连杆（EX01A）

图 9.2.2　带孔块体（EX02）

图 9.2.3　涡轮叶片（EX03，EX06）

图 9.2.4　圆柱壳（EX04，EX09）

图 9.2.5　高脚杯（EX05，EX10A）

分析结果

分析结果示例

分析结果示例如图 9.2.6～图 9.2.9 所示。

图 9.2.6　 EX01A 分析结果（Mises 应力与变形图（10 倍））

图 9.2.7　 EX02 分析结果（Mises 应力与变形图（100 倍））

图 9.2.8　 EX03 分析结果（变形图（10 倍））

图 9.2.9　 EX04 分析结果（变形图（100 倍））

使用验证示例 EX02 的分析性能验证结果

使用与验证示例 EX02 带孔块体模型等效的模型，通过通用商业软件进行了分析。 图 9.2.10 给出了 FrontISTR 与应力分量最大值、最小值的比较结果。 由该图可知，应力分量吻合得非常好。

接下来给出研究区域划分对应力分布影响的结果。 区域划分采用 RCB 方法，在 X、Y、Z 各轴方向分别划分为 2 份，总计划分为 8 个区域。 图 9.2.11 显示了划分状态。 图 9.2.12 显示了单一区域与 8 区域划分分析结果的应力分布。

图 9.2.10　 EX02 中与通用软件的应力分量比较

图 9.2.11　 采用 RCB 法将 EX02 划分为 8 个区域的结果

图 9.2.12　区域划分导致的 Mises 应力分布差异

由图 9.2.12 可知，两者之间没有差异，结果完全一致。

接下来，表 9.2.2 给出了针对所使用 HEC-MW 求解器设置的执行时间比较结果。 此外，图 9.2.13 给出了直至求解完成的收敛历程。

表 9.2.2　使用 HEC-MW 求解器的执行时间比较

求解器	执行时间(s)
CGI	38.79
CGscale	52.75
BCGS	60.79
CG8	6.65

图 9.2.13　使用 HEC-MW 求解器的收敛历程比较（收敛判定阈值：1.0x10^-8^）

使用验证示例 EX01A 的计算时间比较

使用验证示例 EX01A（连杆），验证了区域划分带来的计算速度加速比。 计算使用 Xeon 2.8GHz 的 24 节点集群计算机。 结果如图 9.2.14 所示。 由该图可知，计算速度随区域数成比例提高。

此外，还研究了计算机环境差异对计算时间的影响。 结果如表 9.2.3 所示。

图 9.2.14　区域划分的加速效果

表 9.2.3　不同计算机的计算时间比较（1CPU）

CPU	Frequancy [GHz]	OS	CPU Time [sec]	solver time [sec]
Xeon	2.8	Linux	850	817
Pentium III	0.866	Win2000	2008	1980
Pentium M	0.760	WinXP	1096	1070
Pentium 4	2.0	WinXP	802	785
Pentium 4	2.8	WinXP	738	718
Celeron	0.700	Win2000	2252	2215
Pentium 4	2.4	WinXP	830	804