基于Shell-Solid单元混合建模技术的焊接数值模拟方法

针对焊接数值模拟的体单元模型计算效率低和壳单元模型计算精度低的问题,本文提出了一种焊接过程数值模拟的Shell-Solid单元混合建模方法。以平板对接焊为例,分别采用Shell单元、Solid单元和Shell-Solid单元混合建模,开展了焊接温度场和结构热力耦合响应的数值模拟,对比分析了温度场、应力场及计算效率。结果表明:混合模型既保证了焊接温度场和结构响应的计算精度,又保证了计算效率,是一种值得深入研究的焊接模拟建模方法。

利用MPC技术对SOLID和SHELL单元进行连接

介绍了壳、实体单元混合使用的场合和方法,以及利用ANSYS软件的MPC技术对壳、实体单元进行连接的处理方法.实例运用表明,该方法过程简单、使用方便,具有较高的推广价值.

基于ABAQUS的固体火箭发动机壳体外压屈曲分析

利用有限元分析软件ABAQUS对固体火箭发动机壳体进行外压屈曲分析。通过理论公式计算结果和有限元计算结果对比,当光壳体长径比不小于8时,有限元计算结果和Mises公式计算结果的误差在2.7%范围内,验证了有限元计算方法的准确性。采用有限元计算方法分析了带不同定心部壳体的屈曲性能,可以看出:相较于增加定心部的轴向长度,增加定心部的厚度对壳体抗屈曲性能的提升更为显著;定心部位置越靠近壳体中间,壳体的抗屈曲性能越好;定心部尺寸的约束下,由中间1个定心部增加到三个定心部均布,壳体临界失稳压力增加了36.1%。

A hybrid-stress solid-shell element for non-linear analysis of piezoelectric structures

This paper presents eight-node solid-shell elements for geometric non-linear analyze of piezoelectric structures. To subdue shear, trapezoidal and thickness locking, the assumed natural strain method and an ad hoc modified generalized laminate stiffness matrix are employed. With the generalized stresses arising from the modified generalized laminate stiffness matrix assumed to be independent from the ones obtained from the displacement, an extended Hellinger-Reissner functional can be derived. By choosing the assumed generalized stresses similar to the assumed stresses of a previous solid ele- ment, a hybrid-stress solid-shell element is formulated. The presented finite shell element is able to model arbitrary curved shell structures. Non-linear numerical examples demonstrate the ability of the proposed model to analyze nonlinear piezoelectric devices.

空心焊接球壁厚减薄机理与影响因素分析

焊接球在制造过程中,常出现壁厚减薄现象,严重影响接头的极限承载能力。依托大英县特色农产品展销基地及配套设施建设项目,建立了壳单元模型和实体单元模型,分析了空心焊接球的制作工艺及其壁厚减薄率过大的内在机理,探明了空心焊接球不同节点处的应力和厚度分布规律,为空心焊接球施工提供参考。

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 。

航空结构件加工变形仿真关键技术

对航空结构件铣削加工变形仿真的关键技术进行了深入研究.编制残余应力施加通用程序,建立包含有初始残余应力的加工变形有限元预测模型;由于铣削加工,毛坯体变为薄壁工件,在进行有限元仿真过程中,提出体-壳单元与实体单元的混合单元建模方法,以提高计算效率及便于后续研究;针对工件与工作台单面约束的接触作用及其它工程中的类似单面约束问题,提出将工件视为弹性体,工作台视为刚性体,转化为接触方式进行纯压缩边界条件的模拟,对某典型工件进行了有限元仿真并与模态试验结果对比,验证了其有效性和准确性;基于生死单元技术进行材料去除模拟.通过上述关键技术的理论研究及应用,实现了航空结构件加工变形过程的有限元仿真.

实体壳单元及其在动力显式有限元方法中的应用

将实体壳单元模型引入动力显式有限元方法,并采用假定自然应变方法消除剪切闭锁和梯形闭锁,利用平面应力假定改善厚向闭锁,通过共旋理论更新应力.对标准算例的计算及其与实体单元计算结果的对比显示,在相同计算模型条件下,实体壳单元模型较实体单元有更好的精度.利用实体壳单元对一段辊弯成型过程进行模拟.结果显示,采用实体壳单元可以有效缩小计算规模,提高计算效率.

有限元中体壳单元的耦合问题研究

由于转动自由度的不连续,使得体单元与壳单元之间的耦合成为有限元计算中比较难以解决的问题。通常在工程实践中采用MPC(Multipoint Constraint)法。文中提出了约束体壳单元连接处共用节点的某一旋转自由度的方法,通过与MPC法的计算对比,证明了该方法在便于实现的同时,同样有着很高的精确度。这为有限元分析中体壳单元的耦合处理提供了一种很好的借鉴方法。

CFRP加固钢梁的有限元分析

工程结构中的受弯钢梁由于腐蚀或疲劳损伤需要进行加固和修复.与传统的钢结构加固方法相比,粘贴CFRP加固钢结构具有很大的优势和应用前景,如不会导致严重的应力集中、不会产生残余应力、施工方便、维护费用低等.但是目前仅对CFRP加固钢梁和组合梁进行了部分试验研究,缺乏相关的有限元分析.对CFRP加固钢梁和组合梁有限元分析的几个关键问题进行了论述,并采用笔者提出的“三维实体-弹簧-壳元”有限元模型对钢梁和组合梁粘贴CFRP加固前、后的性能进行了分析.分析结果表明,损伤钢梁和组合梁粘贴CFRP布和CFRP板加固后其性能恢复非常显著,而且粘贴CFRP板的加固效果更加明显.

体壳单元连接MPC法的计算精度分析

在对体单元和壳单元组合模型进行分析计算时,常使用ANSYS软件中的MPC法,其计算精度比共节点法高,通过研究发现,多点约束(MPC)法的计算精度受连接处体单元和壳单元网格划分方式的影响。利用有限元理论分析其原理,结合算例定性地说明其影响方式,最终给出了连接处体单元和壳单元合理的网格划分方式,提高了计算精度。

有限元分析中体元和壳元的连接

对三维体壳组合结构进行了深入的研究，提出了新的合理假设，并以该假设为基础，就三维２０ 节点等参元与退化壳元的连接建立了一组新的多点约束方程，考虑了壳元节点的法向变形，实现了体壳的良好连接．这是一种增扩自由度法，消除了常规方法产生的不合理附加应力，从理论上完善了有限元分析中的体壳连接问题，具有极大的工程意义．此外，还描述了单元的特性，并给出了算例分析．

预应力混凝土梁开裂后的受力性能分析

基于实体退化壳单元,采用层状模型模拟钢筋混凝土结构,选取恰当的混凝土和钢筋的本构关系,采用弥散裂缝模式,考虑材料非线性效应有效地模拟了预应力混凝土T梁的开裂、屈服和失效全过程,并与试验结果进行比较。分析了T梁在开裂后的刚度及裂缝的位置和发展情况。探讨了混凝土和预应力钢筋在T梁开裂后的应力发展规律。结果表明退化分层壳单元模型对于预应力混凝土T梁的非线性分析有良好的适应性。

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。

箱梁桥自振分析的非协调实体退化壳元法

桥梁结构的自振特性对研究其在风荷载和地震荷载作用下的动力响应具有重要意义,其分析精度取决于结构质量和刚度分布特性的准确计算。根据质量等效原理推导了非协调实体退化板壳元的一致质量矩阵,并采用逆迭代法求解了箱梁桥的固有频率和振型。实体退化板壳元可精确描述箱梁桥质量分布,便于同实体单元连接,对不同板厚的箱梁桥均适用。非协调位移的引入使其更适合描述箱梁桥各构件的变形特性。算例表明:单元可显著提高箱梁桥动力特性分析的效率,可获得满意的计算精度。

预应力混凝土梁非线性分析单元模型

为了能够准确有效地分析混凝土梁中预应力钢筋的力学性能,模拟结构中存在的普通钢筋、预应力直线钢筋和预应力曲线钢筋,提出了一种预应力混凝土梁非线性分析的单元模型。应用有限元理论,采用全拉格朗日列式的三维杆单元模拟预应力钢筋;采用实体退化组合壳单元模拟结构;应用钢筋单元和混凝土单元之间的位移场关系形成钢筋对混凝土单元的贡献,将预应力钢筋对结构的作用直接反映在单元模型内部。预应力混凝土T梁的破坏过程模拟结果表明梁的跨中挠度计算结果和试验实测数据吻合,单元模型有效地反映了预应力束的力学性能。

压电层合板壳的数值分析与控制仿真

从虚功方程出发,推导出具有压电传感器和驱动器的层合板壳的机电耦合动力方程,建立了新的压电固体单元以模拟压电层合结构的力学特性和振动控制。通过引入EAS模式,代替通常采用的增加非协调函数的办法克服模拟薄板时所遇到的过高剪切应变能的缺陷,从而明显减少了内部变量的个数,提高了计算效率;进而在厚度方向上增加一个线性分布的横向应变,克服了用于壳体结构的分析时所遇到的厚度自锁问题;提出了一个新的电势插值函数,大大减少了电自由度的个数,显著降低了数据读取、存储和凝聚电自由度的计算花费。数值算例表明,推导的单元适用于薄壳结构的数值分析,并具有很好的对歪斜网格的适应性。

复合材料大变形任意加筋壳单元

构造了用于复合材料偏心加筋壳形结构大变形分析的任意加筋壳单元。在此模型中,肋骨连同壳的整体被视为一个单元偏心加筋壳单元。肋骨可放在壳单元内的任意位置和任意方向。所构造单元的特点是在网格划分时,可不必考虑肋骨的位置,这就给网格划分带来了很大的灵活性。在壳和肋骨的方程中,引用Von-Karman大变形理论计及几何非线性的影响,按照Mindlin-Reissner一阶剪切变形理论考虑横向剪切变形。

涡旋式压缩机动涡旋有限元分析方法

编制了具有较强通用性的动涡旋三维实体和二维壳体有限元分析网格自动生成软件，并按实体单元和壳体单元进行了涡旋式压缩机动涡旋的网格划分和应力变形计算．总结了壳体单元和实体单元各自的优越性．

开裂后预应力混凝土连续箱梁计算模型

为了能够准确有效地模拟开裂后预应力钢筋箱梁的力学性能,提出了一种开裂后预应力钢筋和混凝土单元组合模型,箱梁梁体采用实体退化分层壳单元进行模拟。应用钢筋单元和混凝土单元之间的位移场关系,形成钢筋对混凝土单元的贡献,将预应力钢筋对结构的作用直接反映在单元模型内部,编制了配筋混凝土三维非线性有限元程序,并结合实桥破坏性试验数据进行了对比。结果表明:箱梁的实测变形及应变和理论数据吻合;中跨均布竖向荷载时箱梁开裂初期开裂区域的刚度折减约10%。