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箱形結構強度有限元分析的子結構法

發布于:2022-03-12 21:21
有限元分析

      有限元分析進行產品設計計算,多半是根據現有機型編制針對實際的有限元強度分析計算程序進行的。已有的有限元計算通用程序如SAPS程序都是研究整體對象。實際研究的絕大多數問題是形體不規則且較復雜,所劃分的單元及節點數較多,出現了小型計算機內存溢出。采用子結構法對箱形結構進行偶合分析計算,實現單元及節點數較多的結構有限元分析,以解決大型復雜結構與小型計算機內存不足的問題。
      由于箱形結構上有許多軸孔而形成計算較為復雜的結構。采用三維20節點等參數單元來劃分箱形結構的離散網絡,以適應曲線或直線邊界以及曲面或平面邊界,較好地逼近實際結構的形體。但形成了高階的整體剛度矩陣,極有可能超出計算機容量,在小型計算機上難于實現計算。為此,將箱形結構劃分為三個子結構,如圖所示。每個子結構單獨建立力學模型,再進行有限元稠合分析計算。
      依據線彈性結構的疊加原理把各子結構邊界固定,在子結構內部節點載荷作用下求出邊界節點反力;再把邊界放松,置內部節點載荷為(O),由邊界上力的平衡方程求出真實邊界位移;然后分別對每一子結構進行分析。即將整體結構劃分為子結構,各子結構之間通過邊界位移來藕合,計算出邊界節點位移后,各子結構便相互獨立。式中節點位移向量及載荷向量。
      為確定子結構法計算程序FES的計算誤差,對箱形結構進行了應變測量。按子結構法劃分的節點處布置45。應變其中選擇內部節點和邊界節點各10個測點。試驗載荷按靜態加載由測力傳感器測控加載大小。應變實驗裝置采用YJ-5型靜態變變儀和P20R-5型預調平衡箱構成多點測量系統。測量線路采用半橋連接,其中一個為溫度補償片。主要測點應變換算成應力的測試結果與子結構法有限元計算程序FES計算結果及其誤差見表結果表明,最大計算誤差為18.19%。
      (1)測試結果表明,子結構法計算程序FES計算結果與實測值基本一致,說明子結構計算模型與程序FES正確,其計算誤差滿足工程計算要求。
      (2)所研究的箱形結構安全貯備量較大。
      (3)子結構法為在小型計算機上計算大型復雜結構,尤其是組合結構件的強度問題,提供了應用前景。
      (4)分塊網絡劃分簡單、數據準備工作量較小,節省內存單元且可減少計算時間。


                                                                                專業從事機械產品設計│有限元分析│強度分析│結構優化│技術服務與解決方案
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