基于多边界切割插值的改进子模型分析方法

应用传统子模型技术进行结构的有限元分析,可以提高计算精度,得到局部的精确解,但仅适用于切割边界为体单元和壳单元的模型,当有其他类型单元通过切割边界时将产生很大的误差。本文对传统子模型技术及存在的问题进行了系统分析,提出了多边界插值方法和改进多边界插值方法,并应用于深水张力腿平台的整体模型和子模型分析,探讨了传统边界插值方法、多边界插值方法和改进多边界插值方法的计算精度。计算结果表明,相比传统边界插值方法,多边界插值方法具有更高的计算精度,随着内外切割边界距离的增大,误差逐渐减小并趋于稳定;改进多边界插值方法能进一步提高内外切割边界距离较小时的计算精度,可以满足梁单元通过切割边界的情况,拓宽了子模型技术的应用范围。

基于动态子模型法的结构动响应预示方法

研究了基于动态子模型法的结构动响应预示方法基本理论,并建立了可应用于复杂切割边界条件下的匹配插值方法.首先以壳-壳及壳-体2种子模型为研究对象,探究动态子模型法在2种模型中的动响应分析精度及计算效率.以复杂卫星模型为研究对象,验证了动态子模型法在复杂结构中的应用性.研究结果表明:在保证局部运算精度的情况下,子模型法可以极大幅提高运算效率;壳-壳子模型法和壳-体子模型法通过1层切割边界节点和3层切割边界节点即可保证较高响应预示精度;在复杂结构中整体模型网格与子模型网格大小相差较大的情况下,子模型法仍能获得较理想的响应预示结果.

基于子模型的孔边应力集中的有限元分析

用ANSYS软件对圆孔板的应力集中进行了有限元分析,计算了圆孔平板在单向或双向受力下的应力分布,并与理论解进行了比较,其ANSYS解与解析解均比较接近.同时,把在粗糙模型下的计算结果和子模型下的结果进行了比较,从而论证了所用方法的优越性.

整体局部方法在结构形状优化中的应用

探讨了将整体局部方法应用在以有限元方法为基础的结构形状优化中的可行性。以无限大平面中心孔的应力集中问题为例,给出了应用该方法进行形状优化时出现的两类基本问题(定切割边界问题和不定切割边界问题)的解决方案。经分析发现,定切割边界优化方法有更高的通用性,但不定切割边界优化结果更接近真实解。由此可见设计边界形状的变化对切割边界位移插值的正确性影响较大。

基于子模型法的对拉式预应力闸墩锚固竖井优化研究

为解决对拉式锚固竖井预应力闸墩应力集中问题,对锚固竖井尺寸进行优化,以降低锚固竖井周边拉应力。以某工程对拉式锚固竖井预应力中墩为研究对象,采用三维有限元法建立预应力闸墩整体模型进行计算分析,并从整体模型中切割出锚固竖井子模型,切割边界上施加整体模型计算得到位移值,从整体模型与子模型应力计算结果可知,切割边界上应力基本相同,验证了子模型法的合理性。在此基础上,基于ANSYS优化模块零阶优化算法对锚固竖井尺寸进行优化,采用优化后的尺寸进行应力变形计算时,正常和检修2种工况下Z向最大拉应力均降低了1.1 MPa;应力集中区正常运行工况下Y向拉应力及检修工况Z向拉应力分别减小了1.0、0.7 MPa;锚固竖井顶面X、Z向拉应力区明显减小。运用子模型法和尺寸优化技术对预应力闸墩锚固竖井进行优化,可有效降低锚固竖井周边拉应力及拉应力区范围,可为工程设计提供技术支撑。