近年来,随着有限元分析软件应用的普及,很多在过去仅仅局限于科研人员论文中的问题,逐步开始成为设计工程师的分析任务。但是另一方面,设计人员未必具备分析人员的知识储备,很多人对于结构分析缺乏有效的思路,甚至有的分析人员完全没有材料力学等相关的基本概念,在结构分析中往往会陷入各种误区,导致分析的效果大打折扣,甚至得出错误的结果。
误区一:缺乏体系化的概念
很多人做结构分析,就连什么是结构都不清楚。结构是通过构件连接而构成的可承受荷载、起骨架作用的体系。一些人以为,只要会操作软件,就能够进行结构分析。殊不知,如果对于结构缺乏体系化的认知,就无法正确的计算分析,也不能起到验证设计思路的作用。 实际上,作为可承载的骨架体系,结构内部是存在荷载的传递路径的。比如下图所示的框架结构:

误区二:认为建模细节越多越好
有些分析人员总是纠结于各种模型中的细节问题,导入的三维模型上的一些细节特征,他希望能够一个不落地保留,总担心简化了哪个地方会导致计算不准确,因此不敢对分析对象进行必要的简化。比如:下图所示的一些表面凸起属于非受力的装饰,在结构分析中应采用经过简化处理后的右边的模型。这一类的特征在实体模型中是很常见的。当然,简化都是有依据的,如果过度简化可能导致应力异常、刚度改变、截面削弱,那就不是正确的简化了。

误区三:对 格划分存在误解
有的分析人员,尤其是初学者,往往对于 格划分存在认识上的误区,这些问题的存在,通常会使得分析效率低下、事倍功半。 有人片面地认为计算规模越大、 格划分越细结果就越准确。实际上,对于静力分析,根据基本概念,只需要在高应力梯度范围划分较为精密的 格,而在其他部位划分粗细适宜的 格,就能够在相对合理的计算规模下得到问题的精确解答。 还有人一味地执着于划分所谓全六面体 格,在 格划分环节花费大量精力,甚至会因为无法划分成功而放弃计算。事实上,用带有中间节点的四面体 格,同样能够得到较高精度的解答。这一点通过六面体和四面体两种不同的 格,对同一问题分别计算就可以得到验证。计算结果准确是第一位的, 格漂亮与否并不那么重要,做分析的目标也不是追求 格好看。

误区四:认为实体单元比结构单元更精确
在选择单元类型时,有的分析人员认为实体单元更精确,而不愿意或不敢使用BEAM、SHELL等结构单元。实际上,并不是什么问题都适合于用SOLID单元来分析的,想象一下上海中心那种大型结构的整体分析场景,立刻就能够明白SOLID单元不是万能的。 梁、管、杆、壳、厚壳、弹簧等单元类型用来模拟特定结构类型,使用起来比实体单元更为有效。比如:使用BEAM单元分析框架结构、使用SHELL单元分析墙体、使用PIPE单元分析管道系统、使用LINK单元分析桁架,使用弹簧单元等效模拟连接刚度等。要正确地指定这些结构单元的特性,包括但不限于梁的横截面参数、主轴指向、截面偏移,壳的截面特性、外法线方向,弹簧刚度等。利用结构单元不仅提高了分析效率和精度,也能够很好反映实际结构受力特征。

误区五:不重视边界条件的选取
有限元方法本身在假设单元位移模式时,要求满足完备性条件和协调性条件,因此其位移模式中必然包含刚体位移,由奇异的单元刚度矩阵组成的结构刚度矩阵也是奇异的,需要引入边界条件才能正确地解答。这个意义上来讲,有限元分析中边界条件对得到正确解答起到决定性的作用。 但是很多分析人员,尤其是初学者,往往在建模环节花费了大量精力,在施加边界条件时则较为随意。实际上,这种轻率的做法很可能导致分析结果不能反映实际情况。如下图所示的几个梁结构,其分析模型(刚度矩阵)在没有引入边界条件之前是完全相同的,但是不同的约束条件实际上对应了性质完全不同的问题。

误区六:不重视计算结果的分析
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