壳体单元与实体单元在大型压力容器吊装分析中的对比分析

研究压力容器各结构在吊装过程是否会发生塑性垮塌至关重要,但压力容器结构复杂,建立的有限元模型网格数量较多,降低了计算效率。基于此,提出用壳体单元模型替代实体单元模型的方法,并对结果的可靠性进行验证。研究结果表明,壳体单元最大Mises当量应力位置、变形趋势与实体单元相同,但由于实体单元存在峰值应力,实体单元的Mises当量应力大于壳体单元;壳体单元的薄膜应力与薄膜加弯曲应力均大于实体单元,实体单元的Mises当量应力大于壳体单元,这是因为壳体单元仅计算了一次应力与二次应力,无峰值应力,但不影响塑性垮塌评定。因此,对于非疲劳工况的压力容器,可采用壳体单元代替实体单元进行分析,以在减少计算量的情况下得到精确的数值解。

基于非线性三维实体单元程序计算地基沉降

根据三维实体单元的弹塑性理论,借助Fortran95语言具有模块分析、数组运算和多重继承等编程语言的特性,在线弹性有限元程序的基础上开发非线性阶段的三维实体单元应用程序,通过探索非线性三维实体单元有限元算法的同时为地基沉降的计算提出一种精确、高效的计算方法。通过该方法结合工况修订参数,采用程序运算计算结果,最后,通过使用本程序和SAP2000、ANSYS商业软件计算模拟地基沉降值进行对比分析,验证程序的可行性和精确性。

土-结构相互作用中梁单元与实体单元的连接与选择

在土-结构相互作用数值模拟中,常用梁单元模拟上部结构,用实体单元模拟下部土体,由于两种单元节点自由度不同,需要对连接处进行合适地处理。首先介绍了在ANSYS中利用刚性区法和MPC法实现单元之间刚接的方法,并通过不同悬臂梁模型的静力和动力分析比较,发现两种方法精度基本相同,但MPC法计算效率略高且适用于大变形,利用梁单元建模能够有效地提高计算效率。然后,又分别采用梁单元和实体单元模拟桩基础并建立了两个六层框架模型,进行了地震波作用下的动力反应分析,经比较,再次验证了用梁单元模拟桩基础更加简易,不仅计算精度高,且计算效率高于用实体单元建立桩基础。从而为土-结构相互作用分析中桩基础的单元选择提供另一种思路。

基于汽车碰撞仿真的实体单元焊点模拟方法研究

总结了几种当前常用的焊点模拟方法,针对汽车碰撞有限元模拟中所使用的点焊连接模型存在的建模效率及模拟精度等方面的问题,提出使用实体单元集合对焊点进行模拟,并通过薄壁梁碰撞试验,建立了实体单元集合及Beam单元有限元模型,并系统对比分析了其模拟精度,结果认为使用HEX8实体焊点模拟方法对焊点的模拟是最为准确的。通过部件试验确定了焊点失效参数,将实体焊点HEX8模拟方法应用于整车耐撞性仿真分析中,得到了较为精确的仿真结果。实车试验证明,该新型焊点模型具有较高的精度及较强的工程实用性。

有限元三维实体单元与壳单元的组合建模问题研究

板单元与实体单元之间的连接由于本身自由度的不同使转动自由度不连续 ,这个问题是有限元计算中比较难以解决的问题。本文采用复合单元来实现板单元与实体单元之间的过渡 ,复合单元可以看成是板单元与实体单元的组合 ,其刚度矩阵可以看成是板单元刚度矩阵与实体单元刚度矩阵的叠加 ,即复合单元具有三个方向的位移自由度和三个方向的转动自由度。通过对全实体有限元模型和具有复合单元的有限元模型的计算证明 ,采用复合单元来实现板单元与实体单元之间的过渡 ,其计算结果与全实体有限元模型的计算结果偏差较小 。

实体单元焊点模型在前纵梁碰撞仿真中的应用

为了提高碰撞仿真中汽车前纵梁焊点的模拟精度,应用LS-DYNA软件,建立了壳单元模拟母材、单个实体单元模拟焊核和热影响区的焊点模型。母材材料特性及焊点失效参数分别通过板材拉伸试验及焊点杯形拉伸试验获得。采用数值KSⅡ试验对该焊点模型在母材网格不同偏置情况下的内力进行了研究。基于经验证的纵梁有限元模型对前纵梁碰撞进行了仿真,其有限元模型中分别应用了实体单元和梁单元。仿真结果与滑车试验结果就焊点的失效情况、纵梁的变形和滑车加速度等进行了比较。研究表明,用实体单元的焊点模型优于梁单元模型,结果可靠,精度高。

基于实体单元的桥梁截面内力计算研究

系统研究可用于桥梁设计和桥梁倒塌过程分析的控制截面内力计算方法,该方法主要包括以下三个方面:首先研究有限元实体模型的截面剖分算法,提出并分析比较分块索引及相邻单元优先等算法的优劣;其次,在得到截面应力或截面节点力的基础上,进一步研究基于截面应力分布和截面节点力计算截面内力的方法;最后,分别在悬臂梁和圬工拱桥中对采用VS.NET及C#开发的截面内力计算系统进行了应用和验证,并分析圬工拱桥倒塌过程的内力发展。研究结果表明,分块索引相邻单元优先算法进行截面内力计算具有迭代次数少且计算速度快等特点;另外,采用等效节点力计算截面内力具有误差小、效率高和适用范围广等优点,可为桥梁抗倒塌研究提供有效的工具。

ANSYS三维实体单元与板壳单元的组合建模研究

在实际中经常会遇到三维连续体和薄壁板壳组成的结构,对其进行有限元分析的合理方案是将其分别离散为三维实体单元与板壳单元进行计算。即使这两种单元在交接处有共用节点,但由于节点自由度的不同而存在转动自由度不连续的问题,导致计算结果与实际偏差很大。ANSYS中约束方程法与MPC法都能够实现三维实体单元与板壳单元正确联结,文中分别说明了其原理与步骤,并结合算例的计算结果对两种方法进行了综合比较,得出了在三维实体单元与板壳单元的组合建模中MPC法可取代约束方程法的结论。

船舶建造物资追溯实体单元信息模型及追溯管理系统

为了解决船舶建造物流中物资信息追溯不便的问题,引用追溯实体单元的概念,设计了适于船舶制造物资管理的追溯实体单元。根据物资在生产过程中的各项信息,将其分为物资属性信息和物资关联信息两类,并分别进行对应追溯实体单元数据格式的设计;分析了生产物资的属性信息和关联信息,使其转化为物资追溯实体单元的属性—关联信息矩阵,得到追溯实体单元的分析模型。以多智能体系统为基准框架,结合追溯实体单元模型及无线射频识别信息标签,设计开发了船舶项目物资追溯实体单元管理的数字化系统,验证了所得研究成果的实用性与可行性。

基于ANSYS二次开发求解实体单元内力在港口工程中的应用

在依据规范对混凝土块体进行配筋计算时,需要求得该块体的内力。而有些混凝土块体结构非常不规则,一般采用有限元软件进行计算。当采用有限元软件ANSYS对复杂结构进行分析时,需要采用实体单元。而ANSYS软件不能直接输出实体单元的内力图,需要进行二次开发。介绍了力学中将应力转为内力的计算原理,并应用于ANSYS二次开发中求解实体单元的内力。结合实际工程,求出了实体单元的弯矩图和扭矩图。结果表明,此求解实体单元内力图程序具有很好的适用性和通用性,可以应用于ANSYS分析港口工程中。

壳单元和实体单元在矩形压力蒸汽灭菌器有限元分析中的应用

介绍了壳单元与实体单元的线性化处理方法与安全评定方法,给出了矩形压力蒸汽灭菌器的结构参数。采用实体单元与体-壳单元对矩形压力蒸汽灭菌器进行有限元分析,结果表明:二者均满足结构强度要求,且壳单元与实体单元相比,最大TRSECA应力强度和应力分布相似,局部薄膜应力的应力强度较小,而薄膜加弯曲应力的应力强度较大,其中局部薄膜应力的应力强度最大相对误差为9.5%,薄膜加弯曲应力的应力强度最大相对误差为8.1%,均在精度允许范围内。

基于绝对坐标的实体单元在多体系统动力学中的应用

为研究具有复杂几何外形的柔性多体系统的动态应力响应或大变形运动,需提供一种能描述复杂几何外形并支持大变形的柔性体建模方法。利用完全非线性有限元方法,在多体系统框架下,开发包括线性和二次插值两种类型的四面体、五面体和六面体6种三维大变形实体单元,为准确描述多体系统中实体柔性体的大变形和任意的刚体运动提供一种建模方法。同时通过引进虚刚体建立实体单元和刚体的约束,利用赫兹理论处理实体单元和刚体之间的碰撞问题,将实体单元与多体系统有机结合在一起。最后通过数值算例验证了实体单元在多体系统动力学中的应用可行性和有效性。

基于实体单元的薄板成形模拟

传统有限元分析薄板成形一般使用壳单元进行模拟,忽略薄板沿厚度方向应力应变的变化,这很难反映薄板弯曲变形部分的状况。基于连续介质力学及有限变形理论,借助于计算机仿真技术,利用LS-DYNA软件中的实体单元模拟了低碳钢板深冲成筒形件的过程,得到了薄板在冲压成形过程中的应力应变场,并分析了板料各区域的受力变形情况,发现了凸凹模圆角处薄板沿厚度方向的应力应变分布并不均匀,这些模拟结果对筒形工件的深冲压加工具有一定的指导意义。

基于独立覆盖流形法的板壳与实体单元刚性连接研究

有限元计算中,板壳单元与实体单元之间的连接需要进行特殊处理,且两者在连接处的网格必须匹配。前期基于独立覆盖流形法提出了梁板壳数值分析的分区级数解。在此基础上,研究了板壳与实体单元的刚性连接。由于板壳也采用了实体计算模式,因此与实体之间通过覆盖重叠区域自然连接。基于覆盖任意连接的特性,将板壳插入到实体中形成覆盖重叠区域。实体单元和板壳单元可以各自划分网格,在连接处不必要求网格匹配,有利于前处理工作,在网格划分达到一定密度的情况下能得到高精度的计算结果。通过变截面的悬臂梁算例、球面壳与实体基座连接算例,验证了方法的有效性,并初步展示了曲壳与实体相交曲线的精确几何。此外,还修正了新方法的三维弹性矩阵。

基于ANSYS二次开发的实体单元模型内力图的实现

当依据规范对结构承载能力极限状态和正常使用极限状态进行设计验算时,需掌握其内力状态。有限单元法对复杂结构进行内力分析有时需要采用空间实体单元,而AN SY S软件不能直接输出实体单元模型的内力图,需另行开发。文中介绍了利用软件后处理中的面操作,通过面积分和矩阵运算并编制APDL宏程序求实体单元模型内力图的方法。给出了4种不同截面形式的连续梁求内力图示例,并对实体单元模型的有限元解与采用三弯矩方程求得的理论解进行了比较。结果表明,文中所述方法可以方便地求得实体单元模型的内力图。

基于实体单元的弯沉盆面积指数法改进

由于传感器的布置方式与采用数量的多样性导致了国内外弯沉盆面积指数法存在多种计算形式,目前民航规范对这些分析公式并没有具体的适用性及可靠性描述。为反映机场道面板实际变形情况,基于弹性地基板理论采用实体单元的有限元分析结果为依据,通过120种工况对比分析了国内外常见的5种弯沉盆面积指数法的分析误差,分析结果表明:采用远端传感器构造弯沉盆面积指数的国外两种方法(USFA、SHRP 5-outer)分析误差较小,其分析误差范围分别为1.01%～31.48%,15.05%～31.09%;采用近端传感器构造弯沉盆面积指数的国外两种方法(SHRP 4-in、SHRP 7-in)分析误差较大,其分析误差范围分别为-56.14%～-10.27%,23.56%～104.71%,中国民航规范公式最为精确,其分析误差范围为-22.99%～31.51%。通过分析各方法传感器布置形式与数量,结合105种工况下的有限元分析进行数值拟合,构造出了精确的回归公式,最终提出采用6远端传感器方案的弯沉盆面积指数法。对比5种国际方法,新公式在数值模拟中精确度更高,在实际评估应用中更准确安全。通过有限元分析新公式误差可限制在-25.51%～0.15%,对于厚度为20～45 cm的道面板适用性较好。

三维实体单元与壳单元之间位移协调性研究

在实际中经常会遇到三维连续体和薄壁板壳组成的结构,为模拟其真实力学特性,对其进行有限元分析时需将其分别离散为三维实体单元与板壳单元。即使这两种单元在交接处有共用节点,板单元与实体单元之间的连接由于本身自由度的不同使转动自由度不连续,导致计算结果与实际偏差很大。对实体单元和壳单元交界面节点进行坐标转换,确定适当的独立参数,得到交界面上节点自由度和独立参数之间的转换关系。利用ANSYS软件,使用过渡元法实现实体单元与板壳单元的组合建模。

实体单元与梁单元数值分析的差异性剖析及应用

混凝土框架结构可用梁单元,也可用实体单元进行数值分析,但两种单元计算结果之间存在一定差异;文中用ANSYS中Solid单元和Beam单元对一个简单的框架进行应力或内力计算,指出两者之间计算差异的根源,并结合新颁布的DL/T 5057-2009《水工混凝土结构设计规范》论述怎样用Solid单元计算出的正应力和剪应力进行结构承载能力分析。

基于实体单元的牵引梁计算分析

采用ANSYS软件对 2 70km/h旅客动车组的牵引梁强度进行计算分析 ,找到牵引梁强度不足的症结 ,对用实体单元精确模拟牵引梁结构受力状况做了一些探索。

纳米比亚LNG项目高桩墩台结构实体单元与壳单元建模分析

实际工程中,对于墩台与桩基组成的复合结构,有限元分析方法是采用三维实体模拟墩台结构,采用框架单元模拟桩基结构。这两种结构单元的节点自由度不同,因此在两种单元交接节点处需要做特殊处理,以便达到变形协调的效果。壳单元与框架单元具有相同的节点自由度。采用SAP2000软件,结合纳米比亚LNG项目,综合分析比较厚壳单元与实体单元在墩台模型中的计算结果,显示采用厚壳单元能在满足工程精度范围内代替实体建模,同时能有效提高工程技术人员的建模效率。