一種梁_板殼結(jié)構(gòu)有限元仿真方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種航空發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)仿真分析技術(shù)，具體的說是一種梁_板殼結(jié)構(gòu)有限元仿真方法。
【背景技術(shù)】
[0002]梁_板殼結(jié)構(gòu)是工程上較為常見的設(shè)計結(jié)構(gòu)，廣泛應(yīng)用于薄壁件、機(jī)組底座和密封箱等結(jié)構(gòu)的設(shè)計中。傳統(tǒng)的經(jīng)驗設(shè)計方法為保證結(jié)構(gòu)的安全可靠性，通常會在材料選擇、規(guī)格選取和結(jié)構(gòu)方案等方面采取比較保守的做法，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)笨重、成本上升。而采用常見的三維有限元法對此類結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元計算和分析，一則網(wǎng)絡(luò)數(shù)量過多且質(zhì)量低下，結(jié)果準(zhǔn)確性存疑；二則計算結(jié)果易出現(xiàn)局部失真，結(jié)構(gòu)的整體應(yīng)力水平得不到較好的體現(xiàn)。
[0003]目前對于梁_板殼類結(jié)構(gòu)的研究主要集中在單層板上加梁請部的建模和計算研究，板作為主要承力件，梁作為加強(qiáng)筋。對雙側(cè)板中間以梁連接，板做為承力件的情況，有學(xué)者采用自行開發(fā)單元、軟件的方法進(jìn)行研究，通用性不強(qiáng)，工程實踐較困難；對于梁做為主要承力件的雙層板梁結(jié)構(gòu)，目前相關(guān)研究還是空白。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)中梁_板殼結(jié)構(gòu)有限元仿真存在準(zhǔn)確性存疑、計算結(jié)果易出現(xiàn)局部失真等不足，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種網(wǎng)格質(zhì)量佳、結(jié)果直觀的梁_板殼結(jié)構(gòu)有限元仿真方法。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0006]本發(fā)明一種梁_板殼結(jié)構(gòu)有限元仿真方法包括以下步驟:
[0007]梁單元和板殼單元研究及有限元模型的建立；
[0008]梁_板殼模型邊界條件的確定；
[0009]進(jìn)行靜強(qiáng)度計算及模態(tài)分析；
[0010]計算結(jié)果評定。
[0011]梁單元和板殼單元研究及有限元模型的建立包括:
[0012]梁單元特性研究及基于截面形狀的實常數(shù)設(shè)定，即參數(shù)化梁_板殼單元；
[0013]板殼單元特性及其與染單元的耦合特性研究，即剛度矩陣自由度耦合；
[0014]應(yīng)用參數(shù)化梁_板殼單元和剛度矩陣自由耦合技術(shù)創(chuàng)建梁_板殼結(jié)構(gòu)有限元模型。
[0015]梁_板殼模型邊界條件的確定包括:
[0016]根據(jù)實際工況并結(jié)合梁_板殼有限元模型的特點合理選擇約束施加方案；
[0017]以實際工作載荷為基礎(chǔ)，確定梁單元及板殼單元的載荷施加方法。
[0018]進(jìn)行靜強(qiáng)度計算及模態(tài)分析為:強(qiáng)度仿真分析時應(yīng)用ANSYS線彈性求解器進(jìn)行有限元仿真計算，穩(wěn)定性仿真分析時應(yīng)用ANSYS幾何非線性求解器進(jìn)行有限元仿真計算。
[0019]限元仿真計算結(jié)果評定為:結(jié)合梁、平面應(yīng)力理論，對有限元仿真計算的結(jié)果進(jìn)行有效性評價及誤差分析。
[0020]本發(fā)明具有以下有益效果及優(yōu)點:
[0021]1.本發(fā)明基于國際通用ANSYS有限元軟件，采用梁單元和板殼單元相結(jié)合的研究方法對梁_板殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析具有網(wǎng)格質(zhì)量佳、結(jié)果直觀等優(yōu)點，有助于提升設(shè)計水平、縮短設(shè)計周期、減少實驗費用并降低故障隱患。
[0022]2.應(yīng)用國際通用ANSYS有限元軟件對梁_板殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元計算分析具有先進(jìn)水平。
【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明方法流程圖；
【具體實施方式】
[0024]下面結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步闡述。
[0025]本發(fā)明一種梁_板殼結(jié)構(gòu)有限元仿真方法包括以下步驟:
[0026]梁單元和板殼單元研究及有限元模型的建立；
[0027]梁_板殼模型邊界條件的確定；
[0028]進(jìn)行靜強(qiáng)度計算及模態(tài)分析；
[0029]計算結(jié)果評定。
[0030]本發(fā)明基于參數(shù)化梁_板殼結(jié)構(gòu)，應(yīng)用剛度片自由度耦合技術(shù)，建立梁_板殼結(jié)構(gòu)的有限元模型，根據(jù)梁_板殼結(jié)構(gòu)特點確定有限元模型載荷施加方式及結(jié)果評定方法。
[0031]本發(fā)明的技術(shù)核心為:
[0032]雙層梁_板殼結(jié)構(gòu)有有限元模型的自由度耦合方法；
[0033]梁_板殼結(jié)構(gòu)有有限元模型條件與三維模型的差異；
[0034]梁_板殼結(jié)構(gòu)有有限元法計算結(jié)果的評定與分析。
[0035]如圖1所示，為梁_板殼結(jié)構(gòu)有限元仿真本發(fā)明方法流程圖。
[0036]1)參數(shù)化梁_板殼單元:梁單元對實際結(jié)構(gòu)的模擬，長度通過幾何建模實現(xiàn)，橫截面形狀通過幾何數(shù)據(jù)參數(shù)化實現(xiàn)；板殼單元對實際結(jié)構(gòu)的模擬，平面形狀通過幾何建模實現(xiàn)，平面厚度通過幾何數(shù)據(jù)參數(shù)化實現(xiàn)。
[0037]2)剛度矩陣自由度耦合:梁單元之間及板殼單元之間的連接通過共用幾何體素實現(xiàn)；梁單元與板殼單元之間的連接通過剛度矩陣自由度耦合技術(shù)實現(xiàn)。
[0038]3)梁_板殼結(jié)構(gòu)有限元模型:應(yīng)用參數(shù)化梁_板殼單元和剛度矩陣自由耦合技術(shù)創(chuàng)建梁_板殼結(jié)構(gòu)有限元模型。
[0039]4)梁_板殼結(jié)構(gòu)載荷施加:將實際工況載荷進(jìn)行分解和轉(zhuǎn)化，梁單元主要承擔(dān)彎矩，板殼單元主要承擔(dān)法向力。
[0040]5)梁_板殼結(jié)構(gòu)邊界條件:對實際邊界條件進(jìn)行剛體平移處理，使之作用于梁單元中線和板殼單元中面。
[0041]6)梁_板殼結(jié)構(gòu)有限元仿真:強(qiáng)度仿真分析時應(yīng)用ANSYS線彈性求解器進(jìn)行有限元仿真計算，穩(wěn)定性仿真分析時應(yīng)用ANSYS幾何非線性求解器進(jìn)行有限元仿真計算。
[0042]7)有限元仿真計算結(jié)果評定:結(jié)合梁、平面應(yīng)力理論，對有限元仿真計算的結(jié)果進(jìn)行有效性評價及誤差分析。
【主權(quán)項】
1.一種梁_板殼結(jié)構(gòu)有限元仿真方法，其特征在于包括以下步驟: 梁單元和板殼單元研究及有限元模型的建立； 梁_板殼模型邊界條件的確定； 進(jìn)行靜強(qiáng)度計算及模態(tài)分析； 計算結(jié)果評定。2.按權(quán)利要求1所述的一種梁_板殼結(jié)構(gòu)有限元仿真方法，其特征在于梁單元和板殼單元研究及有限元模型的建立包括: 梁單元特性研究及基于截面形狀的實常數(shù)設(shè)定，即參數(shù)化梁_板殼單元； 板殼單元特性及其與染單元的耦合特性研究，即剛度矩陣自由度耦合； 應(yīng)用參數(shù)化梁_板殼單元和剛度矩陣自由耦合技術(shù)創(chuàng)建梁_板殼結(jié)構(gòu)有限元模型。3.按權(quán)利要求1所述的一種梁_板殼結(jié)構(gòu)有限元仿真方法，其特征在于梁_板殼模型邊界條件的確定包括: 根據(jù)實際工況并結(jié)合梁_板殼有限元模型的特點合理選擇約束施加方案； 以實際工作載荷為基礎(chǔ)，確定梁單元及板殼單元的載荷施加方法。4.按權(quán)利要求1所述的一種梁_板殼結(jié)構(gòu)有限元仿真方法，其特征在于進(jìn)行靜強(qiáng)度計算及模態(tài)分析為:強(qiáng)度仿真分析時應(yīng)用ANSYS線彈性求解器進(jìn)行有限元仿真計算，穩(wěn)定性仿真分析時應(yīng)用ANSYS幾何非線性求解器進(jìn)行有限元仿真計算。5.按權(quán)利要求1所述的一種梁_板殼結(jié)構(gòu)有限元仿真方法，其特征在于限元仿真計算結(jié)果評定為:結(jié)合梁、平面應(yīng)力理論，對有限元仿真計算的結(jié)果進(jìn)行有效性評價及誤差分析。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種梁_板殼結(jié)構(gòu)有限元仿真方法，包括梁單元和板殼單元研究及有限元模型的建立；梁_板殼模型邊界條件的確定；進(jìn)行靜強(qiáng)度計算及模態(tài)分析；計算結(jié)果評定；梁單元和板殼單元研究及有限元模型的建立包括：梁單元特性研究及基于截面形狀的實常數(shù)設(shè)定，即參數(shù)化梁_板殼單元；板殼單元特性及其與染單元的耦合特性研究，即剛度矩陣自由度耦合；應(yīng)用參數(shù)化梁_板殼單元和剛度矩陣自由耦合技術(shù)創(chuàng)建梁_板殼結(jié)構(gòu)有限元模型。本發(fā)明具有網(wǎng)格質(zhì)量佳、結(jié)果直觀等優(yōu)點，有助于提升設(shè)計水平、縮短設(shè)計周期、減少實驗費用并降低故障隱患。
【IPC分類】G06F17/50
【公開號】CN105302994
【申請?zhí)枴緾N201510819509
【發(fā)明人】黃興, 陳勇, 侯東旭, 蔣晶博, 劉志
【申請人】沈陽黎明航空發(fā)動機(jī)(集團(tuán))有限責(zé)任公司
【公開日】2016年2月3日
【申請日】2015年11月22日