高效有限元模型（精选3篇）
高效有限元模型 篇1
1.1计算模型
本论文以城市公轨两用悬索桥为工程背景, 钢带顶端构造, 构件尺寸如图1.1。分别对钢带顶点的施工阶段进行受力分析。杆件轴力从MIDAS整体模型计算中提取, 以外荷载方式施加在ANSYS局部模型中。单元选取shell181模拟钢材QD420, 材料特性均按相关规范取值, 弹性模量206000MPa, 泊松比0.3, 容重78.5k N/m3。根据上述参数, 建立钢带处节点的局部分析模型, 见图1.1。
实体分析中, 由于分析模型往往是从实际结构中截取的一小部分受力复杂区域, 其外部边界条件往往较难真实模拟, 从而导致结构计算存在一定误差。施工阶段模型中, 将钢带竖杆全固结。在钢带左右腹杆杆端、耳板圆孔建刚域, 在刚域中心施加节点力。根据圣维南原理, 在所关心的部分, 应力分布已基本接近真实。边界条件模拟情况见图1.1。
1.2施工阶段分析结果
1.2.1有效应力
图1.21是钢带顶点整体有效应力图, 钢带竖杆靠下区有效应力较大, 该处左右斜杆、竖杆、加劲在此汇交应力复杂, 该部位有效应力范围在70MPa~158MPa之间, 斜杆和竖杆倒角处应力集中达158MPa。图1.22是钢带顶点耳板有效应力图, 应力从上往下逐渐增大, 有效应力范围在0MPa~78MPa之间, 在耳板螺栓周围板厚加厚, 在板厚改变处应力突变由36MPa突变到60MPa。图1.23是钢带顶点腹板有效应力图, 3块腹板从上往下应力增大, 最下端腹板有效应力范围在48MPa~87MPa之间, 底部腹板在杆件交汇处受力较复杂。
1.4结论
对钢桁梁代表性节点进行了施工阶段最不利荷载组合作用下的局部应力分析, 模型尺寸和板件厚度与设计完全相同, 根据圣维南原理对局部模型做了位移和荷载边界条件等效处理。主要有以下结论:代表性节点最大应力128Mpa, 发生在靠近节点的刚性边吊杆处, 承担临时索力的耳板最大应力约在75Mpa;其余部位应力均未超过100Mpa。
参考文献
[1]刘高, 吴文明, 唐亮, 王天亮.坝陵河大桥钢桁梁加劲梁主桁架整体节点疲劳实验[J].土木工程学报, 2009 (12) :142-148
[2]高宗余, 李小珍, 强士中.大跨度公轨两用桥轨道横梁与整体节点连接疲劳试验研究[J].铁道学报, 2007 (6) :78-83
[3]黄永辉, 王荣辉, 饶瑞.考虑整体节点刚域影响的钢桁梁桥空间受力计算分析[J].中国铁道科学, 2012 (9) :8-14
高效有限元模型 篇2
摘要：为了建立汽车及公路护栏组成的复杂系统的耐撞性分析模型,基于VPG与LS-DYNA软件平台,应用标准化建模方法,即通过设定建模原则,在充分利用VPG内置的`标准模型数据库如悬挂、轮胎、假人、安全带等各种模型的基础上,采用分块建模法,分别建立汽车、护栏、座椅模型,定义好各自内部的接触;并利用VPG的“export”功能,生成各自的DYN文件;再利用生成的DYN文件,就可组合出汽车-护栏系统耐撞性研究的各种中间环节的有限元模型,最终实现“汽车-护栏-乘员-座椅-安全带”系统模型的一体化.仿真分析与试验结果的对比表明,笔者建立的模型具有足够的可信度,适合工程应用,并给出了一个应用示例.作 者：雷正保 周屏艳 颜海棋 钱小敏 LEI Zheng-bao ZHOU Ping-yan YAN Hai-qi QIAN Xiao-min 作者单位：雷正保,颜海棋,LEI Zheng-bao,YAN Hai-qi(长沙理工大学汽车与机械工程学院,长沙 410076)
周屏艳,钱小敏,ZHOU Ping-yan,QIAN Xiao-min(长沙理工大学公路工程教育部重点实险室,长沙 410076)
飞机有限元模型快速加载技术 篇3
在飞机强度设计过程中, 对于飞行载荷, 通常先使用CFD方法获得飞机外表面理论测压点值, 再将测压点数据施加于飞机有限元模型单元上, 然后再进行强度校核。目前现有的加载方式多根据测压点位置, 手动划分测压区域实现加载。该方法可以简单有效的实现一般情况的分载。但在实际问题中, 当目标面外形复杂不规则, 测压点数目较多, 要求校核工况数增多时, 手动划分的方法已经无法满足快速有效实现分载的要求。
针对该问题, 本文通过基于ABAQUS/CAE所提供的解析映射域实现测压点 (即加载点) 对于目标模型面的自动分载。
2 方法介绍
解析映射域使用户能够通过外部数据源来定义随空间变化的模型参数值。ABAQUS/CAE中映射域可以通过提供不同空间坐标下厚度以及压力值来定义随空间变化的壳厚度或者压力载荷。域值可通过定义云点数据文件或者直接从ABAQUS输出数据库文件 (.odb) 生成。映射域中点云数据可以定义在全局坐标系或者局部坐标系中, 局部坐标系可以使用正交坐标系、柱坐标系或者球坐标系。
2.1 映射域点云数据格式
点云数据文件提供两种文件格式输入, 坐标输入 (XYZ) 和方格输入 (GRID) , 由于坐标输入在实际问题中能够更方便的通过导入外部点云文件建立映射域, 因此本文仅介绍坐标输入法 (XYZ) 。
坐标输入的点云数据文件由行数据组成。对于正交直角坐标系每行必须包含X, Y, Z坐标以及点对应的域值。如果使用从外部导入的点云数据文件, 每行数据项的分隔符可以为空格, 换行或者逗号。下面给出以逗号为间隔符的数据格式。
2.2 映射场加载搜索控制
在创建映射域对话框的映射控制中可以调整搜索容限参数。ABAQUS/CAE尝试将所有的数据源点以及与其关联的域值映射到目标模型上。根据每一个数据源点离最近目标网格模型节点的距离, 决定是否使用该数据点。而最终的决定取决于用户在映射控制页面所设置的搜索距离容限值。
2.3 映射场点云搜索控制
正反方向垂直容限值定义了数据点能映射到目标模型外表面的距离。对于正方向, 默认每个数据点离目标面的距离必须小于目标模型单元平均特征尺寸的0.05倍才会进行映射。
可以通过修改距离容限值控制数据点的映射或者忽略。距离容限值可以通过定义相对于网格模型单元平均尺寸的系数, 也可以直接定义其大小。
对于模型中没有数据点映射的区域, 将会被赋予默认的未映射场值, 默认值为0。
对于点云数据源, 在映射器控制中有以下选项需要设定:
(1) 容差类型。如果选择相对 (系统默认绝对) , 容限值被定义为是玩个模型单元平均特征尺寸的一个系数。如果选择绝对, 容限值即为模型中实际长度。
(2) 正、负法向搜索距离容差。所有在这个距离内的数据点, 将会被映射于模型中用于分析。此容限仅用于目标面的映射。正法向默认值为0.05乘以网格模型单元平均特征尺寸, 负法向默认值为0.15乘以网格模型单元平均特征尺寸。
(3) 边界搜索距离容差。此容差规定了数据点赋值给目标网格模型外单元的面内距离容差。由默认的0.01 (相对) 增加后可以有效扩展所希望进行映射的目标单元面。当数据点密度比目标单元网格更为粗糙时, 增加此容差值更有益处。
(4) 相邻搜索距离容差。任何位于相邻搜索距离容差值外的数据点都将被忽略不被用于分析。此容差可用于面和体的目标映射。
ABAQUS/CAE使用距离权重算法用于将数据场的值差分映射于目标网格模型上。如果无法找到实现差分的点, 距离权重算法将会被使用于位于相邻搜索距离容差内的节点。距离权重不考虑其他现有的容限 (正、负法向搜索距离容差、边界搜索距离容差) 。也可以通过赋很小的相邻搜索距离容差来关闭此功能, 此时这些点将默认赋予未映射场值, 见图1。
其中P1和P2为两个数据点。相邻搜索距离容差若大于H1, 则其对目标面映射区域为以P1为圆心, 以相邻搜索距离容差值为半径的球面对目标面的切面, 图中对应即为以R1为半径的圆, 面内单元映射值都为P1点域值。如果其影响面积与其他数据点重合, 对应图中阴影区域, 则该区域内单元采用距离权重算法赋予其映射值, 非重合区域单元映射值分别对应P1和P2点域值。
2.4 目标表面映射算法控制
映射目标区域一般为体、面或者节点中的一种。如果目标为体模型, 则只能使用体积映射算法。但如果目标面为面或者节点集, 则可以选择面或者体积映射算法。对于面映射算法, 是将数据点差值到目标面的质心或者节点上。对于体映射算法, 是将数据点差值到目标单元的质心或者节点上。两种方法的区别仅仅影响体积源的域值如何赋给目标面。一般建议对目标面使用面映射算法, 对体模型使用体映射算法。
一般通过三个步骤尝试将数据点映射到目标点上:
(1) 首先尝试将域值内插分到目标上。相邻搜索距离容差在此步将被忽略;
(2) 接着使用距离权重算法处理位于相邻搜索距离容差范围内的数据点。
(3) 最后对还未映射的目标点赋予为未映射场值。
3 飞机背鳍验证算例
为进一步对该技术进行说明, 本节以飞机背鳍加载模型作为算例, 对该方法进行验证。模型中约束背鳍边缘的平动自由度, 通过建立映射域对不同网格密度下的模型进行加载, 以验证快速加载技术的准确性。背鳍外形见图2。
为观察网格密度对映射加载的影响, 对背鳍模型分别采用5 cm, 10 cm, 20 cm和40 cm作为全局单元尺寸划分网格。计算结果见表1, 表2。
4 结论
由以上结果可知, 在以算例中映射域数据点密度条件下, 侧向总载和航向总矩相对误差较小, 在可接受范围内, 最大相对误差分别为6.80%和3.87%。如果对加载精度有更高要求, 也可以通过对测压点总载荷进行等比例放大的方法进行修正, 修正后结果见表1, 表2.侧向总载相对误差和航向总矩相对误差分别减小为1.85%和1.27%。通过分析计算可知, 在映射域数据点密度达到一定要求时, 使用映射域加载以及后续载荷修正可以实现精确加载。
以上分析计算说明在处理外形结构复杂、测压点数据以及要求校核的载荷工况较多的实际问题中, 该快速加载技术能高效的实现将测压数据施加于有限元模型的目的, 在处理实际问题中具有可行性。
摘要：本文通过对现有飞机有限元模型加载技术的研究, 通过使用软件ABAQUS功能, 改变传统手动划分加载区域的加载方法, 探究直接将试验测压点数据映射于飞机有限元单元上实现自动分载的方法。并通过飞机背鳍加载模型验证了该方法的可行性与准确性, 为提高飞机强度设计效率提供了新思路与方法。