CN105302994A - 一种梁_板壳结构有限元仿真方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种梁_板壳结构有限元仿真方法，包括梁单元和板壳单元研究及有限元模型的建立；梁_板壳模型边界条件的确定；进行静强度计算及模态分析；计算结果评定；梁单元和板壳单元研究及有限元模型的建立包括：梁单元特性研究及基于截面形状的实常数设定，即参数化梁_板壳单元；板壳单元特性及其与染单元的耦合特性研究，即刚度矩阵自由度耦合；应用参数化梁_板壳单元和刚度矩阵自由耦合技术创建梁_板壳结构有限元模型。本发明具有网格质量佳、结果直观等优点，有助于提升设计水平、缩短设计周期、减少实验费用并降低故障隐患。

Description

一种梁_板壳结构有限元仿真方法

技术领域

本发明涉及一种航空发动机结构仿真分析技术，具体的说是一种梁_板壳结构有限元仿真方法。

背景技术

梁_板壳结构是工程上较为常见的设计结构，广泛应用于薄壁件、机组底座和密封箱等结构的设计中。传统的经验设计方法为保证结构的安全可靠性，通常会在材料选择、规格选取和结构方案等方面采取比较保守的做法，从而导致结构笨重、成本上升。而采用常见的三维有限元法对此类结构进行有限元计算和分析，一则网络数量过多且质量低下，结果准确性存疑；二则计算结果易出现局部失真，结构的整体应力水平得不到较好的体现。

目前对于梁_板壳类结构的研究主要集中在单层板上加梁请部的建模和计算研究，板作为主要承力件，梁作为加强筋。对双侧板中间以梁连接，板做为承力件的情况，有学者采用自行开发单元、软件的方法进行研究，通用性不强，工程实践较困难；对于梁做为主要承力件的双层板梁结构，目前相关研究还是空白。

发明内容

针对现有技术中梁_板壳结构有限元仿真存在准确性存疑、计算结果易出现局部失真等不足，本发明要解决的技术问题是提供一种网格质量佳、结果直观的梁_板壳结构有限元仿真方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

本发明一种梁_板壳结构有限元仿真方法包括以下步骤：

梁单元和板壳单元研究及有限元模型的建立；

梁_板壳模型边界条件的确定；

进行静强度计算及模态分析；

计算结果评定。

梁单元和板壳单元研究及有限元模型的建立包括：

梁单元特性研究及基于截面形状的实常数设定，即参数化梁_板壳单元；

板壳单元特性及其与染单元的耦合特性研究，即刚度矩阵自由度耦合；

应用参数化梁_板壳单元和刚度矩阵自由耦合技术创建梁_板壳结构有限元模型。

梁_板壳模型边界条件的确定包括：

根据实际工况并结合梁_板壳有限元模型的特点合理选择约束施加方案；

以实际工作载荷为基础，确定梁单元及板壳单元的载荷施加方法。

进行静强度计算及模态分析为：强度仿真分析时应用ANSYS线弹性求解器进行有限元仿真计算，稳定性仿真分析时应用ANSYS几何非线性求解器进行有限元仿真计算。

限元仿真计算结果评定为：结合梁、平面应力理论，对有限元仿真计算的结果进行有效性评价及误差分析。

本发明具有以下有益效果及优点：

1.本发明基于国际通用ANSYS有限元软件，采用梁单元和板壳单元相结合的研究方法对梁_板壳结构进行有限元分析具有网格质量佳、结果直观等优点，有助于提升设计水平、缩短设计周期、减少实验费用并降低故障隐患。

2.应用国际通用ANSYS有限元软件对梁_板壳结构进行有限元计算分析具有先进水平。

附图说明

图1为本发明方法流程图；

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明作进一步阐述。

本发明一种梁_板壳结构有限元仿真方法包括以下步骤：

梁单元和板壳单元研究及有限元模型的建立；

梁_板壳模型边界条件的确定；

进行静强度计算及模态分析；

计算结果评定。

本发明基于参数化梁_板壳结构，应用刚度片自由度耦合技术，建立梁_板壳结构的有限元模型，根据梁_板壳结构特点确定有限元模型载荷施加方式及结果评定方法。

本发明的技术核心为：

双层梁_板壳结构有有限元模型的自由度耦合方法；

梁_板壳结构有有限元模型条件与三维模型的差异；

梁_板壳结构有有限元法计算结果的评定与分析。

如图1所示，为梁_板壳结构有限元仿真本发明方法流程图。

1)参数化梁_板壳单元：梁单元对实际结构的模拟，长度通过几何建模实现，横截面形状通过几何数据参数化实现；板壳单元对实际结构的模拟，平面形状通过几何建模实现，平面厚度通过几何数据参数化实现。

2)刚度矩阵自由度耦合：梁单元之间及板壳单元之间的连接通过共用几何体素实现；梁单元与板壳单元之间的连接通过刚度矩阵自由度耦合技术实现。

3)梁_板壳结构有限元模型：应用参数化梁_板壳单元和刚度矩阵自由耦合技术创建梁_板壳结构有限元模型。

4)梁_板壳结构载荷施加：将实际工况载荷进行分解和转化，梁单元主要承担弯矩，板壳单元主要承担法向力。

5)梁_板壳结构边界条件：对实际边界条件进行刚体平移处理，使之作用于梁单元中线和板壳单元中面。

6)梁_板壳结构有限元仿真：强度仿真分析时应用ANSYS线弹性求解器进行有限元仿真计算，稳定性仿真分析时应用ANSYS几何非线性求解器进行有限元仿真计算。

7)有限元仿真计算结果评定：结合梁、平面应力理论，对有限元仿真计算的结果进行有效性评价及误差分析。

Claims (5)

1.一种梁_板壳结构有限元仿真方法，其特征在于包括以下步骤：

梁单元和板壳单元研究及有限元模型的建立；

梁_板壳模型边界条件的确定；

进行静强度计算及模态分析；

计算结果评定。

2.按权利要求1所述的一种梁_板壳结构有限元仿真方法，其特征在于梁单元和板壳单元研究及有限元模型的建立包括：

梁单元特性研究及基于截面形状的实常数设定，即参数化梁_板壳单元；

板壳单元特性及其与染单元的耦合特性研究，即刚度矩阵自由度耦合；

应用参数化梁_板壳单元和刚度矩阵自由耦合技术创建梁_板壳结构有限元模型。

3.按权利要求1所述的一种梁_板壳结构有限元仿真方法，其特征在于梁_板壳模型边界条件的确定包括：

根据实际工况并结合梁_板壳有限元模型的特点合理选择约束施加方案；

以实际工作载荷为基础，确定梁单元及板壳单元的载荷施加方法。

4.按权利要求1所述的一种梁_板壳结构有限元仿真方法，其特征在于进行静强度计算及模态分析为：强度仿真分析时应用ANSYS线弹性求解器进行有限元仿真计算，稳定性仿真分析时应用ANSYS几何非线性求解器进行有限元仿真计算。

5.按权利要求1所述的一种梁_板壳结构有限元仿真方法，其特征在于限元仿真计算结果评定为：结合梁、平面应力理论，对有限元仿真计算的结果进行有效性评价及误差分析。