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平板要素模型无法计算的理由
 
 Solver错误
运用平板要素模型化进行FEM解析,会出现下述错误提示无法计算的情况。

Version 3.00.03
[4261] Solver错误 :平板要素的行列式不正确。
请确认平板要素的形状等。

错误的原因是平板要素内的基本形状不对。例如,四角形1维要素的情况中,如图1所示会发生上述形状错误。
■图1 无法计算的四角形1维要素

最理想的形状,如果是三角形要素则是正三角形,如果是四角形要素则是正方形。经常会遇到模型化以后无法跟设想的情形一样,即便可以计算,由于与正三角形、正方形的形状相差较远,解析精度也会出现低下的可能性,敬请注意。
 查出形状较差的平板要素
Version 3.01.00中搭载了对构成平板要素的各基本形状是否存在异常的检查功能。此检查对所有高斯点中雅可比行列的行列式(雅可比)进行计算,如果遇到零或者负值的情况,作为有问题的平板要素与基本序号显示在错误信息栏。

Version 3.01.00
[4209] (1) 存在无法计算的平板要素形状。请避免过大或过小的内角。
Back : 基础8无效。
 雅可比行列是指
Engineer's Studio®的平板要素是等参要素。等参要素与正规化坐标系定义的形状函数相比,决定了模型空间中的要素坐标。为此,需要将正规化坐标系中的变形转换成模型空间坐标系中的变形。但是,该转换行列无法直接求解。这里,考虑可以将模型空间中的变形转换成正规化坐标系中的变形,此处的转换行列称作雅可比行列式。剩下只需要做一次逆向转换,即需要雅可比行列式的逆行列。为了让逆行列存在,雅可比行列的行列式(即雅可比行列式)必须是正的。

如图1所示形状的四角形要素,雅可比行列式为负,雅可比行列的逆行列不存在,导致无法继续进行计算。为此,在Version 3.00.03以前会出现算法错误。Version 3.01.00以后,计算前通过检查确认,相关平板要素名称和基础需要的信息会显示。
 形状较好也出错误的例子
形状没有问题,如果雅可比行列为负的情况。图2是三角形2维要素的例子,形状方面没有问题。

■图2 形状上没有问题的三角形2维要素

无法计算的原因是在要素的定义中,节点序号的排序是「4,2,5,3,6,1」。节点4是中间节点。三角形二维要素中从中间节点出发进行定义的话,雅可比行列会变成负值。从顶点的节点No.1号出发按照「1,4,2,5,3,6」的顺序定义,则没有问题可正常计算。

使用平板要素命令(菜单「模型|追加|平板」中使用任意形状网格要素、四角形网格要素、轮廓形状)制作时虽然不会发生类似问题,当手动定义网格要素的基础时会出现。基础的节点名称的顺序,请留意从三角形、四角形的顶点开始定义,则可以避免类似问题。

  
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(Up&Coming '14 新年号刊载)
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