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刻板构造的CAE的行使阐明

  

刻板构造的CAE的行使阐明

  

刻板构造的CAE的行使阐明

  CAE 的应用 这部份是对有关的 CAE 进一步深入学习作为目的而作的。 “1.结构模型和单元选择”, 是对有关有限元分析的模型化 处理进行整理和补充。 “2.材料力学和有限元法”, 论述了关于材料力学和有限元 法之间的关系。 “3.较专门的分析”,叙述了有关各种分析。 1. 单元选择的方针 在第 2 部分中所举的铁塔和电车的例子中已经说明了什么样的情况使用什 么样的单元好。 根据实际 CAE 分析程序手册,有许多种类的单元,最初也许不能判断使用哪 个为好。 但是不知道全部单元的使用方法就不能使用 CAE,也不是这回事。如果使用 作为基本单元的梁单元、板单元,实体单元这三种单元的话,大部份场合就 能应付了。 以下,给合入门编第 2 部分的内容,简要将单元选择的标准列于下表中: <单元以及所适用结构的关连图> △和▲是入门编的第 2 部分 1.根据 CAE 的分析目的和各种结构模型的〖视 点变更〗模型化考虑的方法这一部分。 △求缺口处, 板厚变化处等细节部分的应力场合以及评价应力集中场合的模 型化处理。 ▲:没有必要详细求解应力的部分用近似分析模型来简化的场合。节约自由 度场合。 绝大多数结构能够用梁单元、板单元、实体单元分析。 2. 梁单元和框架结构 框架结构是梁、柱、筋相交组合成的结构,一般用梁单元这样一维线性单元 来作模型化处理。 梁单元大抵可分为 2 种类, 杆单元 (不传递转动力矩的仅有轴向刚度的单元) 和梁单元(具有传递转动力矩的具有弯曲刚度的单元) 。 一般把不传递转动的构件称为杆,传递转动的构件称为框架,梁单元是这些 模型化的一维单元的总称。 一维元 杆单元 梁单元 项 目 结 合 部 的 图 像 特 一般具有轴刚度和扭转刚度 征 单 元 一般具有弯曲刚度、轴刚度、 剪切刚度、扭转刚度。 因不发生弯曲应力,剖面内应 由于弯曲应力的发生,单元内 内 力是相同的。 应 力 不仅在节点上,在没有节点的 载 载荷只能加在节点处。 荷 在单元中间不能承受载荷。 中间也可加集中载荷 ,在单 元的全部(或者一部分)可加 分布载荷。 杆单元是通过铰相结合的。 框架单元的结合部是刚生结 的位移不同应力也不同。 结 少数用螺栓结合,也有小肘板 合。采用焊接、多数是螺栓、 合 结合,在不向其它构件传递充 铆钉结合等。在传递力矩的场 分的转动的情况下使用。 合下使用。 构架两端用铰结合的构件,不传递转动力矩。作为单元具有轴刚度和 扭转刚度。 因为框架(也称 frame 结构)两端是刚性结合,所以向其他构件传递 转动力矩。作为单元具有扭曲刚度和轴刚度。 即使是象塔那样框架结构,要想得到构件局部(例如连接处或者螺栓 周围)的详细的应力分布,有必要用板单元或实体单元进行模型化。 2.1 杆单元 单元形状 由起始端和终止端 2 个节点形成的 1 维单元。 指定起始端和终止端的 2 个节点号。 特征 因为不能传递转动力矩,用在杆构件的模型化处理等。 单元特性的输入 输入材料种类、剖面积 A,剖面 2 次极惯性矩 J 等。 与传递转动力矩的梁单元的特性不同。 2.2 梁单元(框架) 单元形状 由起始端和终止端 2 个节点形成。 对起始端和终止端的 2 个节点指定节点号。 在不对称剖面的场合,有必要指定剖面主轴的一个方向(是 y 轴方向,还是 z 轴方向)。这是因为在单元特性输入时,要输 入弯曲刚度。 [图梁单元的单元坐标系] 因为杆单元不传递弯曲力,所以没必要输入构件的弯曲特性,传 递弯曲力的梁单元必须输入弯曲特性。 单元特性 输入使用的材料、剖面面积 A、剖面惯性矩 I,剖面二次极惯性矩 J 等。 在不具有轴对称剖面的构件时,由于弯曲方向不同,弯曲刚度也不同。 然而,在作成单元时,以哪个方向为基准有必要输入(例如 T 型剖面 场合,法兰盘是面向哪个方位) 。在决定剖面的方向后输入剖面惯性矩 的值。 [图 对应梁剖面的总体坐标轴方向 ] 在上图场合中, 即使是同样剖面的构件, 对应于总体座标的剖面 方向如何定义输入值也就不一样。 2.3 杆单元·梁单元的剖面特性和单元坐标 这里对有关梁单元的剖面特性和单元坐标进行说明。 单元一般具有称为单元坐标系的,各个单元都具有各自固有的坐标系。计算 结果得出的弯矩或剪力全部按这种单元坐标系输出。 单元在模型空间里因为 是按各种方向形成了好几个坐标系,而基本坐标系在模型空间里只有一个, 这么多单元的输出结果按各种方向来表示则在评价结果时就显得相当麻烦。 然而,由各个单元的方向设置单元固有的坐标系,对于输入单元特性也好, 输入剖面惯性矩和扭转系数也好用它的单元坐标系来定义就方便了。 以长方形剖面为例说明一下, 单元的坐标系由不同的 CAE 结构分析程序而有 所不同,这里取 MSC.Nastran 作为例子。 这里 x, y, z 是梁单元所用的坐标系,连接起始端、终止端,则沿着这个方 向单元坐标系的 x 轴就设置好了。y 轴由用户定义,x, y 轴决定好了后,z 轴就自动决定下来了。 J 的值在作用于构件小扭矩的情况下 (一般这种情况较多) 用近似值就够了。 为了求得剪切变形要输入剪切有效面积。 但是剪切变形一般地要比弯曲变形 小很多,所以对于细长的(弯曲变形大的)构件可以忽略。 符号 A Iz Iy Ix J Asz Asy 项目 剖面面积 绕 Z 轴的剖面惯性矩 绕 Y 轴的剖面惯性矩 剖面惯性积 剖面极惯性矩 Z 向剪切有效面积 Y 向剪切有效面积 <长方形剖面特性> 计算公式 bh b3h/12 bh3/12 0 Iz+Iy ≒5bh/6 ≒5bh/6 输入梁单元的剖面形状,尺寸后能自动计算剖面面积和剖面惯性 矩等的剖面特性,也有将输入的数据显示出来的 CAE 程序。 板单元 单元如它的名称,是对板材组合而成的结构进行模型化的单元。将这样的结构物进行

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本站文章于2019-10-30 23:16,互联网采集,如有侵权请发邮件联系我们,我们在第一时间删除。 转载请注明:刻板构造的CAE的行使阐明

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