ГОСТ Р 57700.10-2018 Численное моделирование физических процессов. Определение напряженно-деформированного состояния. Верификация и валидация численных моделей сложных элементов конструкций в упругой области

     5 Требования к подходу и организации проведения численного моделирования в упругой области НДС сложных элементов конструкций

5.1 Данный стандарт описывает порядок проведения численного моделирования без учета физической нелинейности при решении задач статики в упругой области для определения НДС сложных элементов конструкций с использованием МКЭ при формулировке в перемещениях. Используются допущения, принятые для механики деформируемого твердого тела, то есть применяется концепция сплошности вещества, иными словами, предполагается, что вещество непрерывно распределено по всему занимаемому им объему и целиком заполняет его.

5.2 Применяемое ПО КМ должно соответствовать следующим требованиям

5.2.1 ПО КМ должно пройти верификацию и валидацию [3], [4], а также быть проверено в рамках разнообразных квалификационных тестов и получить сертификат общепризнанных организаций.

5.2.2 ПО КМ должно быть сертифицировано с учетом требований ГОСТ Р 57700.1.

5.2.3 ПО КМ должно ограничивать запуск на счет или по крайней мере уведомлять пользователя в случае некорректной постановки задачи.

5.2.4 ПО КМ должно позволять определять НДС конструкции с учетом геометрической нелинейности.

5.2.5 Рекомендуется применять ПО КМ, в которое внедрены разнообразные элементные технологии для снижения влияния негативных эффектов, в том числе приводящих к завышению жесткости системы (заниженному уровню перемещений системы).

5.3 Используемая для проведения КМ КЭМ должна соответствовать следующим требованиям

5.3.1 Не допускается при генерации КЭМ с применением трехмерных твердотельных элементов использовать для тонкостенных конструкций менее трех элементов по толщине.

5.3.2 Допускается использовать пластинчатые или оболочечные элементы.

5.3.3 Нежелательно использовать треугольные и тетраэдральные элементы первого порядка при проведении численного моделирования в 2D- и 3D-постановках соответственно.

5.3.4 Рекомендуется использовать элементы второго порядка (с промежуточными узлами). Использование элементов первого порядка возможно при обосновании допустимости применения таких элементов для данной задачи.

5.3.5 Необходимо использовать контактные элементы для учета взаимодействия нескольких геометрических тел в рамках одной численной модели.

5.3.6 Допускается для сокращения времени расчетов применять модели меньшей размерности [0D (сосредоточенная масса) 1D и 2D], если это соответствует физической сущности задачи.

5.3.7 Допускается использовать условия циклического или периодического типов симметрии для уменьшения расчетной области и сокращения временных затрат, если объект обладает такими свойствами.

5.3.8 При подготовке к построению КЭМ геометрическая модель должна быть предварительно проверена на наличие дефектов, необъясняемых конструктивным обликом геометрической модели: поверхностей с острыми углами, геометрических объектов существенно меньшего размера по сравнению с габаритами модели, разрывов в непрерывности и т.д. При наличии указанных дефектов должна быть проведена коррекция геометрической модели.

5.3.9 Допускается упрощать геометрическую модель для ускорения генерации сетки (например, проводить операции по удалению фасок и галтелей, объединению линий и поверхностей). Эти операции не должны приводить к изменению НДС в "критических местах" рассматриваемых конструкций. Рекомендуется проводить сравнительные расчеты при принятии решений по упрощению геометрической модели.

5.3.10 Для построения КЭМ надлежащего качества над геометрическими моделями помимо коррекции и упрощения должны быть проведены действия по разделению геометрической модели на объемы упрощенной формы. Рекомендуется выделять части геометрической модели, на базе которых может быть сгенерирована упорядоченная сетка (в том числе методом протяжки), в отдельные объемы. Топология смежных объемов при их разделении должна быть сохранена. То есть количество вершин, граней и поверхностей на общей границе должно совпадать. Должна выполняться проверка твердотельной модели на наличие сдвоенных поверхностей и линий.

5.3.11 Допускается для построения КЭМ использовать сторонние сеточные генераторы при соблюдении требований к геометрии и проведении сравнительных численных исследований влияния импорта/экспорта геометрических моделей и КЭМ на результат.

5.4 Для оценки качества КЭМ необходимо использовать различные критерии. Применение каждого из перечисленных ниже критериев является необходимым, но недостаточным условием КЭМ высокого качества.

5.4.1 Критерии, основанные на геометрическом совершенстве элементов

Разработчики ПО КМ вправе использовать различные подходы к данному виду оценки, однако их суть должна сводиться к тому, чтобы определять отличие используемых элементов от элементов идеальной формы. Разработчики ПО обязаны предоставлять количественные оценки качества сетки, подкрепленные конкретными верификационными примерами.

5.4.2 Критерии, основанные на исследовании изменения напряжений в узле в смежных элементах

При определении напряжений в точках интегрирования значения напряжений в узле КЭМ в смежных элементах будут различными. Сетка является тем более высокого качества, чем меньше параметр, характеризующий отношение разницы между максимальным и минимальным величинами напряжений к среднему в узле между смежными элементами. Этот параметр не должен превышать 10% в критических местах модели.

5.4.3 Критерии, основанные на исследовании зависимости напряжений от количества элементов

Необходимо провести серию последовательных расчетов, увеличивая в каждом выполняемом расчете число элементов КЭМ. Расчеты остановить и признать годной к применению КЭМ, когда разность вычисленных напряжений в наиболее напряженных зонах исследуемой конструкции в двух последовательных расчетах не будет превышать наперед заданного значения, определяемого требованиями к точности выполняемых расчетов и степенью ответственности исследуемой конструкции.

5.4.4 Допускается использование элементов невысокого качества в заведомо некритичных местах конструкции.

5.4.5 Разработчик ПО КМ может вводить дополнительные критерии оценки.