CN107563071A - 一种综合环境应力的仿真方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及有限元仿真技术，其公开了一种综合环境应力的仿真方法，能够分析在综合环境下的仿真模型的应力分布，使得仿真结果更符合实际情况。该方法包括：a.创建几何模型，定义不同温度下的材料参数，切分模型并划分网格，生成有限元模型；b.进行热‑结构耦合的预应力分析:即施加温度及压力载荷，得到高温所产生的热应力和压力载荷产生的静应力结果的综合应力，作为后续随机振动分析的预应力；c.将所述预应力加载到有限元模型中，进行带预应力的模态分析；d.施加振动激励，进行随机振动分析，得到随机振动应力结果；e.将随机振动应力结果和高温所产生的热应力、压力载荷产生的静应力结果相叠加。本发明适用于综合环境应力仿真分析。

Description

一种综合环境应力的仿真方法

技术领域

本发明涉及有限元仿真技术，具体涉及一种综合环境应力的仿真方法。

背景技术

随着科学技术的迅猛发展，仿真已成为各种复杂系统研制工作的一种必不可少的手段。由于很多产品都工作在高温、高压、振动等综合环境中，其可靠性的研究也愈发的重要。通过仿真，我们可以缩短研发周期、改进生产过程、降低成本并且更为真实的了解到产品受外界环境的影响，其中应力仿真分析就是极其重要的一部分。

目前，许多研究在对结构体进行应力仿真分析时，往往在高温或高压等单一环境下进行，然而结构体通常处于高温、高压、振动等综合环境之下，比单一环境更为复杂，同时在综合环境之下的各种因素会相互影响，为了使仿真结果更符合实际，得出更为真实的应力分布结果，必须找到更加准确的仿真方法。

ANSYS是一个大型通用的有限元仿真软件，其拥有强大的实体建模技术以及对各种物理场的处理分析能力。通过ANSYS软件对仿真模型进行分析，能够得到模型上的应力分布。然而ANSYS软件并未提供在综合环境下的应力仿真，这使得对于处在综合环境下的结构体而言，其仿真结果不符合实际，制约了我们对其可靠性的研究。

为了得出仿真模型在综合环境下的应力分布，使仿真分析结果更符合实际，针对ANSYS研究综合应力仿真方法是必要的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提出一种综合环境应力的仿真方法，能够分析在综合环境下的仿真模型的应力分布，使得仿真结果更符合实际情况。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种综合环境应力的仿真方法，包括以下步骤：

a.创建几何模型，定义不同温度下的材料参数，切分模型并划分网格，生成有限元模型；

b.进行热-结构耦合的预应力分析:即施加温度及压力载荷，得到高温所产生的热应力和压力载荷产生的静应力结果的综合应力，作为后续随机振动分析的预应力；

c.将所述预应力加载到有限元模型中，进行带预应力的模态分析；

d.施加振动激励，进行随机振动分析，得到随机振动应力结果；

e.将随机振动应力结果和高温所产生的热应力、压力载荷产生的静应力结果相叠加，从而得到综合环境下的应力仿真结果。

作为进一步优化，步骤a中，所述材料参数包括：材料密度、热传导系数和比热容。

作为进一步优化，步骤a中，在模型划分网格时采用六面体网格，以此减少单元数量，加快收敛速度，提高分析的精度，减少数值误差。

作为进一步优化，步骤e中，采用载荷工况的组合技术对随机振动应力结果与高温所产生的热应力以及压力载荷产生的静应力结果进行叠加，具体包括：

e1.将得到的随机振动分析结果文件读入数据库，将载荷工况1指向随机振动分析结果的应力载荷步上；

e2.创建载荷工况1的工况文件，并将后处理设置为缺省状态，则工况文件1的内容即为随机振动应力结果；

e3.将得到的高温和压力载荷形成的静应力结果文件读入数据库，将载荷工况2指向静应力结果文件中的第一个载荷步上；

e4.将载荷工况文件1的工况文件读入数据库，将结果写入静应力结果文件的第二个载荷步；

e5.将当前数据库的结果与载荷工况2的结果进行叠加，即得到综合环境应力的结果，并将叠加的结果写入第三个载荷步中进行保存。

本发明的有益效果是：

分析了高温状况下的热应力、随机振动应力、压力载荷产生的静应力，并采用载荷工况的组合技术对此三个应力进行叠加，从而获得综合环境下的应力分析结果，使得仿真结果更符合实际情况。

附图说明

图1为本发明实施例中的综合环境应力的仿真方法流程图；

图2为ANSYS仿真模型的结构示意图；

图3为施加压力载荷得到的应力分布图；

图4为施加温度载荷得到的应力分布图；

图5为综合环境下的应力分布图。

具体实施方式

本发明旨在提出一种综合环境应力的仿真方法，能够分析在综合环境下的仿真模型的应力分布，使得仿真结果更符合实际情况。

下面结合附图及实施例对本发明的方案作进一步的描述：

如图1所示，本实施例中的综合环境应力的仿真方法包括以下实现步骤：

S01：生成有限元模型：

本步骤中，通过创建几何模型，定义不同温度下的材料参数，切分模型并划分网格，生成有限元模型，其中，所述材料参数包括：材料密度、热传导系数和比热容。在模型划分网格时采用六面体网格，以此减少单元数量，加快收敛速度，提高分析的精度，减少数值误差。

S02：进行热-结构耦合的预应力分析：

本步骤中，施加温度及压力载荷，得到高温所产生的热应力和压力载荷产生的静应力结果的综合应力，作为后续随机振动分析的预应力。

S03：将所述预应力加载到有限元模型中，进行带预应力的模态分析：

本步骤中，将步骤S02获得的预应力(即高温所产生的热应力和压力载荷产生的静应力结果的综合应力)加载到有限元模型中，进行带预应力的模态分析。

S04：施加振动激励，进行随机振动分析，得到随机振动应力结果；

S05：将随机振动应力结果和高温所产生的热应力、压力载荷产生的静应力结果相叠加，从而得到综合环境下的应力仿真结果：

本步骤中，可以采用载荷工况的组合技术对随机振动应力结果与高温所产生的热应力以及压力载荷产生的静应力结果进行叠加，具体包括：

(1)将得到的随机振动分析结果文件读入数据库，将载荷工况1指向随机振动分析结果的应力载荷步上；

(2)创建载荷工况1的工况文件，并将后处理设置为缺省状态，则工况文件1的内容即为随机振动应力结果；

(3)将得到的高温和压力载荷形成的静应力结果文件读入数据库，将载荷工况2指向静应力结果文件中的第一个载荷步上；

(4)将载荷工况文件1的工况文件读入数据库，将结果写入静应力结果文件的第二个载荷步；

(5)将当前数据库的结果与载荷工况2的结果进行叠加，即得到综合环境应力的结果，并将叠加的结果写入第三个载荷步中进行保存。

实施例：

在本实施例中，采用ANSYS软件分别进行单一环境应力仿真分析和综合环境应力仿真分析，仿真模型结构如图2所示，在该模型基础上，施加2MPa的压力载荷，通过仿真分析获得最大应力为27MPa,其应力分布图如图3所示，为单一的压力环境下的应力分布；

在仿真模型结构图2的基础上，施加600度的温度载荷时，通过仿真分析获得最大应力为57MPa,其应力分布图如图4所示，为单一的温度环境下的应力分布。

在仿真模型结构图2的基础上，同时施加2MPa的压力载荷和、600度的温度载荷以及振动载荷时，通过仿真分析获得最大应力为58MPa，其应力分布如图5所示，为压力、温度以及振动综合环境下的应力分布。

可以看出，对于处在综合环境下的结构体而言，利用单一环境去模拟实际的工作状态，以此得出的应力分布结果显然不符合实际情况，并且，在综合环境下的应力分布也并非是各个单一环境下应力分布结果的简单叠加，这是由于综合环境下的各种因素相互影响，只有综合考虑影响应力仿真的各个方面，仿真结果才更接近实际情况。

Claims (4)

1.一种综合环境应力的仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：

a.创建几何模型，定义不同温度下的材料参数，切分模型并划分网格，生成有限元模型；

b.进行热-结构耦合的预应力分析:即施加温度及压力载荷，得到高温所产生的热应力和压力载荷产生的静应力结果的综合应力，作为后续随机振动分析的预应力；

c.将所述预应力加载到有限元模型中，进行带预应力的模态分析；

d.施加振动激励，进行随机振动分析，得到随机振动应力结果；

e.将随机振动应力结果和高温所产生的热应力、压力载荷产生的静应力结果相叠加，从而得到综合环境下的应力仿真结果。

2.如权利要求1所述的一种综合环境应力的仿真方法，其特征在于，步骤a中，所述材料参数包括：材料密度、热传导系数和比热容。

3.如权利要求1所述的一种综合环境应力的仿真方法，其特征在于，步骤a中，在模型划分网格时采用六面体网格，以此减少单元数量，加快收敛速度，提高分析的精度，减少数值误差。

4.如权利要求1所述的一种综合环境应力的仿真方法，其特征在于，步骤e中，采用载荷工况的组合技术对随机振动应力结果与高温所产生的热应力以及压力载荷产生的静应力结果进行叠加，具体包括：

e1.将得到的随机振动分析结果文件读入数据库，将载荷工况1指向随机振动分析结果的应力载荷步上；

e2.创建载荷工况1的工况文件，并将后处理设置为缺省状态，则工况文件1的内容即为随机振动应力结果；

e3.将得到的高温和压力载荷形成的静应力结果文件读入数据库，将载荷工况2指向静应力结果文件中的第一个载荷步上；

e4.将载荷工况文件1的工况文件读入数据库，将结果写入静应力结果文件的第二个载荷步；

e5.将当前数据库的结果与载荷工况2的结果进行叠加，即得到综合环境应力的结果，并将叠加的结果写入第三个载荷步中进行保存。