微波结构中的体壳单元混合建模方法

针对体壳单元混合建模过程中的自由度匹配问题,研究了多点约束(MPC)方法的实现与应用情况,并通过馈源结构的实例分析了MPC方法存在的应用问题,验证利用MPC方法计算的精确性。结果表明:通过MPC方法合理连接体壳单元具有非常高的计算精度,但在载荷区域进行混合建模将增大误差。

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。

GSQ24壳体单元在组合结构分析中的应用

将GSQ2 4壳体单元用于板壳与梁和实体结构的组合分析 ,在不同类型单元联结交界处 ,通过位移协调条件建立的几何约束方程直接引入到壳体单元的刚度矩阵和载荷向量中 ,给出了相应有限元列式 .算例结果表明了本文方法的合理性和通用性 .

GSQ24壳体单元用于板壳结构的几何非线性分析

在考虑剪切变形的Von Karman大变形小应变假设下,基于全Lagrange描述方法,将平面内带有旋转自由度的GSQ24壳体单元用于板壳结构的几何非线性分析,给出了板壳结构大变形下的小位移刚度矩阵、初应力刚度矩阵、初位移刚度矩阵有限元列式。同时,文中也给出了既考虑材料非线性,又考虑几何非线性的强非线性问题的板壳结构分析时的有限元列式。数值算例与变分法和级数解结果比较,表明本文方法的可行性。

用于薄结构中电磁场计算的三维高精度壳体矢量单元

提出了一种适用于薄结构中电磁场计算的通用三维高精度壳体矢量单元。该类壳体单元在薄结构厚度方向对场矢量采用一阶矢量插值,而在薄结构面方向采用二阶矢量插值,能够很容易地应用于平面和曲面薄结构问题的建模与求解。文中应用该壳体矢量单元与2阶六面体矢量单元对比做了两个算例,结果表明:使用该壳体矢量单元建模计算薄层结构不仅可以达到高的计算精度,而且能节约未知量数目一半以上,节约计算时间达80%以上。

弹性地基板的超参壳体单元分析

本文采用八结点超参数壳体单元对薄板和中厚板进行变形和内力分析，编制了相应的计算程序，并给出详尽算例，讨论了板的厚度、支座条件、边长比例、泊桑比、基床系数及弹簧简化方式等因素的影响。数值分析的结论对实际工程计算有一定的指导意义。

用网格叠加法进行壳体和实体单元的混合分析

本文提出一种用于壳体单元和实体单元混合分析的网格叠加方法。在船体壳体的结构设计过程中，总体模型通常采用壳体单元。然而，在对应力集中区或裂纹附近的区域进行分析时，就有必要采用实体单元。在这种情况下，对模型的分析工作常采用局部网格细分的方法进行，并通过设定边界条件，将总体模型分析所得到的结果供给局部模型分析时使用。从解的精确度和建模的灵活性等方面来看．网格叠加法比局部网格细分法要好得多。为了说明该方法的有效性，本文列出了带裂纹表面或带有凸台的板模型的分析示例。

含坑点腐蚀的壳体有限元方法

建立了坑点腐蚀壳板的分层模型(腐蚀层+完好层),求出了腐蚀层的等效材料常数(等效弹性模量和等效泊松比)。开展了坑点腐蚀的应力集中分析,坑点腐蚀壳板的应力集中可分为薄膜应力集中和弯曲应力集中。以超参数壳元为基础推导了坑点腐蚀壳体单元,导出了坑点腐蚀壳体单元的刚度矩阵和等效结点载荷向量的有限元表达格式,单元刚度矩阵通过沿壳体厚度方向的分段积分求得,在积分时腐蚀层的材料常数取力学等效的材料常数,在计算单元等效结点载荷向量时考虑了由腐蚀引起的偏心载荷,在求解单元应力时考虑了坑点腐蚀应力集中的影响,并对应力进行了相应修正。

基于弹性壳体模型的波箔型气体动压径向轴承静特性分析

采用有限单元法,对波箔型气体动压径向轴承的箔片建立了弹性壳体单元模型。该模型综合考虑了箔片膜效应与弯曲效应之间的耦合,更能真实地反映出波箔和平箔的变形。运用有限差分法及Newton-Raphson迭代法耦合求解Reynolds方程和气膜厚度方程,分析了轴承气膜厚度分布、压力分布、箔片变形量分布以及承载能力,并与实验结果进行了比较,证明了该方法的可行性和精确性。分析了转速、箔片厚度对轴承特性的影响,结果表明:转速上升,承载能力增大;箔片厚度小于0.2mm时,厚度的改变对轴承的影响较大。

用于壳体自由振动分析的广义协调元

采用基于解析试函数的广义协调四边形膜单元和中厚板单元构造了平板型4节点壳体单元,并将其用于壳体振动分析。该壳体单元具有列式简单,易于编程的优点。通过数值算例表明,该单元计算精度比较高。

不同有限元单元建模下的海上风电导管架基础支撑结构整体模态对比分析研究

针对东南沿海某海上风电项目,分别基于ANSYS有限元软件中的SOLID187实体单元和Shell181壳体单元,建立四桩导管架基础支撑结构ANSYS有限元模态分析模型,并进行模态分析对比,结果表明在项目所在海洋地质条件下,采用实体单元和壳体单元建立支撑结构模型,所得到的模态分析一阶固有频率频率分析结果相差在1%以内,说明在整机质量、刚度分布确定的情况下,采用实体单元和采用壳体单元对整机的一阶频率影响很小,对于海上风电支撑结构整体频率分析具有一定的参考意义。

基于不同单元类型的DP980钢辊弯成形仿真与回弹分析

运用常规壳单元和连续体壳单元对厚度为0.9mm的DP980钢板U型辊弯成形进行了有限元仿真分析,并采用动态结果导入静态算法的回弹方法,对模拟结果进行了精确的回弹分析。结果表明,相比实验结果,连续体壳单元在辊弯成形有限元仿真中的运算更加精确,仿真结果具有更高的形状和尺寸精度。并且在加入静态回弹分析后,分析结果与实验结果更加吻合,左右边腿成形角度误差仅为2.19%和1.52%。该方法对今后辊弯成形有限元仿真有较好的参考和指导意义。

薄壁构件整体稳定性的有限元模拟

对薄壁构件整体稳定性分析中的薄壁梁单元和壳体单元两种有限元模型的特点进行了讨论,并提出一种新的适用于薄壁构件整体稳定分析的壳体单元模型,该模型可以有效消除各种局部屈曲模态的影响.采用通用有限元软件ANSYS,分别利用壳体单元模型和薄壁梁单元模型,分析了双轴对称截面梁、单轴对称截面梁、轴心受压构件、压弯构件和变截面梁的稳定性,通过与经典解或已有研究结果的比较对有限元模型的可靠性以及存在的问题进行了讨论.通过分析,发现ANSYS的薄壁梁单元模型不能用于分析单轴对称截面梁和压弯构件的弯扭屈曲,同时在分析变截面薄壁构件的稳定性时可能产生较大的误差;常用壳体单元模型可能由于截面的局部屈曲模态不能得到整体屈曲的临界荷载;提出的壳体单元模型可以精确模拟薄壁构件的整体稳定性.此外,提出的壳体单元模型不仅可以用于分析薄壁构件的整体稳定性,也可以作为检验薄壁构件整体稳定理论正确性的重要依据.

磁约束阻尼悬臂壳的轴对称振动分析

提出了一种新型有效的方法来降低悬臂壳的轴对称振动.该方法的原理是在约束层端部上及固定端分别设置引力排列的永磁体,振动时磁体间的动态磁力可使阻尼层获得比传统约束阻尼处理方法更高的剪应变,阻尼层耗能增加,从而降低结构的共振峰.从夹层单元微元体受力分析出发,建立了局部磁约束悬臂壳的轴对称振动分析模型,得到分别用约束层纵向位移u30、积分常数c和径向位移w表示的夹层壳体单元的纵向和周向力平衡方程.在此模型中,考虑了振动时因u30引起动态磁力的变化,使得此模型能描述MCLD结构的动态及阻尼性能.此外,通过比较MCLD处理与传统的约束阻尼处理对磁约束悬臂壳的轴对称振动的控制效果,分析表明:磁约束处理可同时控制悬臂壳前几阶模态的振动.

用有限元法解决平板壳元问题

介绍了解决壳体问题最简单有效的方法就是把它转化成二维单元再进行计算,运用有限元法对单元壳体进行分析,通过对单元壳体的多次组合最终解决平板壳体问题,在计算壳体问题时能够发挥相当重要的作用.

基于Abaqus仿真的液化天然气薄膜板冲压模型研究

为研究304L不锈钢材料在制造液化天然气(liquefied natural gas,LNG)薄膜板冲压大波纹过程中不同单元类型对残余应力分布的影响,本文建立了包括实体和壳体单元的有限元模型,利用Abaqus软件模拟了冲压过程并分析残余应力的分布情况,探究304L不锈钢材料在制造LNG薄膜板冲压大波纹过程中不同单元类型对残余应力分布的影响。结果表明,壳体单元在仿真速度上优于实体单元,两者的残余应力分布相近,但实体单元提供了更丰富的应力信息,而壳体单元突出显示了二维应力场特征。因此,壳体单元在计算效率和计算成本方面具有优势。在选择数值仿真单元类型时,应考虑具体要求以高效获取残余应力特征。本文研究结果可为LNG波纹型薄膜板冲压仿真建模提供理论参考。

余热排出热交换器抗震分析中实体和壳体单元的组合应用

余热排出系统是压水堆中重要的安全系统之一,需要对该系统中的主要设备进行详细的抗震分析。采用实体单元和壳体单元组合对余热排出系统的余热排出热交换器建立模型,对设备应用多点响应谱法进行详细的应力分析。使用RCC-M规范评价分析结果,表明应用此方法对余热排出热交换器设备建模计算方便合理,可减少计算时间。

碳纤维增强复合材料桥梁弯曲破坏过程有限元模拟

利用MTS-810型万能强力机测试复合材料桥梁的弯曲性能,得到复合材料桥梁载荷-挠度曲线和弯曲破坏形态。基于复合材料桥梁的真实结构,建立连续实体壳单元桥梁模型,运用商用有限元软件Abaqus/Explicit计算桥梁的弯曲破坏过程。计算得到的载荷-挠度曲线与试验具有较好的一致性;破坏位置均发生在支撑辊的位置;复合材料桥梁的破坏模式主要表现为纤维断裂、基体开裂、分层破坏以及腹板屈曲失稳。研究结果表明,有限元法用于复合材料桥梁的性能预测和优化设计是有效的。

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.

纯弯曲蜂窝梁弯扭屈曲的有限元分析

目的为了进一步研究蜂窝构件纯弯状态下的弯扭屈曲.方法笔者利用有限元软件ANSYS对两种不同截面的H形钢梁在纯弯曲时的弹性弯扭屈曲临界荷载进行了分析,对所得到的结果与理论公式计算的结果进行了比较,结果吻合的较好,这表明ANSYS软件分析具有可行性,根据这一结果,蜂窝梁在纯弯曲时的弹性弯扭屈曲临界荷载可以采用该软件进行模拟分析.结果对开孔率相同跨度不同以及跨度相同度开孔率不同的蜂窝梁进行了计算并对计算结果与原型钢进行了分析比较.结论利用有限元软件可以很好地模拟出开孔率及不同截面的纯弯蜂窝梁的弯扭屈曲临界弯矩,蜂窝梁的弯扭屈曲临界弯矩明显高于原型钢钢梁,其值随着开孔率的逐渐增加而降低,但是开孔率的影响并不十分明显.