CN110866352B - 一种杆单元接触计算的处理方法 - Google Patents
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Abstract
一种杆单元接触计算的处理方法，已知杆单元、实体单元以及相应边界条件的有限元模型，在已知的有限元模型内，确定杆单元与实体单元发生接触的区域，在确定的处理区域内，沿每个杆单元的轴向，建立壳单元，将壳单元加载进已知的有限元模型，形成有限元模型，将有限元模型提交计算，输出该有限元模型的计算结果。
Description
技术领域
本发明属于强度计算技术领域，涉及对杆单元与其它类型实体单元的接触处理方法。
背景技术
有限元法是将连续的求解域离散为有限个单元，并在给定约束条件下，利用有限单元的近似解逼近真实物理系统的数值分析方法。有限单元是对求解域离散后具有几何、物理属性的最小求解域。杆单元为表现形式为线段的单元，且只具有拉压刚度的有限单元；壳单元为表现形式为面片的单元，具有面内拉压、剪切刚度和面外弯曲刚度的有限单元；实体单元变现形式为实体块状的单元，具有拉压剪切刚度的有限单元。目前大多数有限元软件不能处理杆单元与其它单元的接触问题。但工程上越来越多的问题受到关注，如货网拦阻，安全带受载等，这些问题必须在设计中予以考虑。
目前解决此问题的主要方法主要有两种：一种为试验研究，这种方法工作量庞大，费用非常高昂；另一种方法是接触数值计算，但对绳索等软体结构很难模拟，通常采用壳或膜单元。计算结果经常会出现局部过大，不准确的现象。杆单元能够避免壳或膜单元的缺点，但是在大多数数值计算软件中不能设置接触条件。
发明内容
本发明的目的是：提供一种杆单元接触计算的处理方法，实现杆单元与其它单元的接触设置。
一种杆单元接触计算的处理方法，已知杆单元与实体单元的有限元模型，其特征在于包含以下内容：1)在有限元模型内，确定杆单元与实体单元发生接触的区域，该区域为处理区域；2)在确定的处理区域内，沿每个杆单元的轴向，建立壳单元，壳单元与对应的杆单元共节点；3)设定壳单元的厚度并赋予壳单元对应杆单元的材料属性；4)建立壳单元与实体单元的接触属性并提交计算即可。
本发明的优点是：1)原理简单、实施方便，可在所有商业软件上实现。2)使杆单元与其它类型单元接触计算变为可能，具有普遍适用的特点。
以下结合实施例附图对本申请做进一步详细描述。
附图说明
图1是已知有限元模型图。
图2是第一轮有限元计算模型图。
图3是最终计算有限元模型计算应力云图。
图中编号说明：1边界条件、2杆单元、3实体单元、4壳单元。
具体实施方式
为使本发明实时的目的、技术方案和优点更加清楚，下面给出示例对本发明实施中的技术细节进行详细描述。在附图中，线单元为杆单元，面积为80mm；实体块状六面体单元为实体单元。所描述的示例是本发明中杆单元与体单元接触的实例，而不是全部单元类型接触的实例，根据本示例很容易实现杆单元与杆单元、杆单元与壳单元等与其它单元类型的接触计算。下面通过参考附图描述的示例，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面结合附图对本发明的杆单元与体单元接触实例说明。
步骤1：在已知的有限元模型内，包括有限元模型计算的边界条件1，见图1，确定所有杆单元2均可能与实体单元3发生接触，所有杆单元2确定为处理区域；
步骤2：沿每个杆单元2的轴向分别在单元两侧建立宽度为1mm的壳单元4，壳单元4与对应的杆单元2共节点；
步骤3：将步骤2)所建立的壳单元4加载进已知的有限元模型，形成第一轮有限元模型，见图2；
步骤4：对第一轮有限元模型设定壳单元4的厚度为0.01mm，并赋予壳单元4对应杆单元2的材料属性，弹性模量为5000MPa，泊松比为0.3，形成第二轮有限元模型；
步骤5：对第二轮有限元模型建立壳单元4与实体单元3的接触条件，壳单元4为从动面，实体单元3为主动面，形成计算的最终有限元模型；
步骤6：将最终有限元模型提交计算，输出该有限元模型的计算结果，包括每个杆单元2的应力值，见图3；
步骤7：查看所有杆单元计算应力值最大为2.49，最小为2.42，所有杆单元之间最大值和最小值之差为0.07MPa，为杆单元最小值的0.3％，小于杆单元最小值的5％，完成计算。
Claims (6)
1.一种杆单元接触计算的处理方法，已知杆单元、实体单元以及相应边界条件的有限元模型，其特征在于包含以下内容：1)在已知的有限元模型内，确定杆单元与实体单元发生接触的区域，该区域为处理区域；2)在确定的处理区域内，沿每个杆单元的轴向，建立壳单元，壳单元与对应的杆单元共节点；3)将步骤2)的壳单元加载进已知的有限元模型，形成第一轮有限元模型；4)在第一轮有限元模型的基础上设定壳单元的厚度并赋予壳单元对应杆单元的材料属性，形成第二轮有限元模型；5)在第二轮有限元模型基础上，建立壳单元与实体单元的接触条件，形成第三轮有限元模型；6)将第三轮有限元模型提交计算，输出该有限元模型的计算结果，包含每个杆单元的应力值；7)对比所有杆单元之间的应力值之差是否在预定的阈值范围内，如果是，完成计算；否则，减小步骤4)中壳单元厚度尺寸，重新形成第二轮有限元模型；再重复步骤5)和步骤6)，直至所有杆单元之间的应力值之差在预定的阈值范围内为止。
2.如权利要求1所述的杆单元接触计算的处理方法，其特征在于，所述的杆单元的轴向两侧分别建立一个相互对称的壳单元。
3.如权利要求1或2所述的杆单元接触计算的处理方法，其特征在于，所述的壳单元应尽可能平行于该杆单元与实体单元的接触面。
4.如权利要求3所述的杆单元接触计算的处理方法，其特征在于，所述的壳单元宽度不超过杆单元长度的十分之一。
5.如权利要求1所述的杆单元接触计算的处理方法，其特征在于，所述的壳单元初始厚度不超过0.01mm。
6.如权利要求1所述的杆单元接触计算的处理方法，其特征在于，所述的杆单元最大应力值和最小应力值差的阈值范围不大于杆单元最小应力值的5％。
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| CN201911023239.XA CN110866352B (zh) | 2019-10-25 | 2019-10-25 | 一种杆单元接触计算的处理方法 |
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Also Published As
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Legal Events
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