cae課程設(shè)計(jì)--空間薄壁開孔結(jié)構(gòu)有限元分析

1、<p>　　CAE課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書</p><p>　　空間薄壁開孔結(jié)構(gòu)有限元分析</p><p>　　專業(yè) 飛行器設(shè)計(jì)與工程</p><p><b>　　班號(hào) </b></p><p><b>　　學(xué)號(hào) </b></p><p><b>　　姓名

2、 </b></p><p><b>　　指導(dǎo)教師 </b></p><p><b>　　2015年1月</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本次CAE課設(shè)，使用PATRAN & NASTRAN軟件，進(jìn)行空間薄壁結(jié)構(gòu)

3、的有限元分析。薄壁空間結(jié)構(gòu)，屬于空間受力結(jié)構(gòu)，主要承受曲面內(nèi)的軸向壓力，彎矩很小。故根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并不對(duì)薄壁結(jié)構(gòu)直接進(jìn)行實(shí)體網(wǎng)格的劃分，而是通過提取中面的辦法，即Geometry: Create / Surface /Midsurface命令，將所有的離散化等操作轉(zhuǎn)化為對(duì)中面結(jié)構(gòu)的操作。最后可以快速得到正確的應(yīng)力形變分析結(jié)果。由此，我們可以得出結(jié)論，對(duì)與對(duì)稱的薄壁結(jié)構(gòu)采用提取中面的方法將會(huì)大大簡(jiǎn)化離散過程并得出正確的計(jì)算結(jié)果的。<

4、;/p><p>　　關(guān)鍵詞 PATRAN & NASTRAN 空間薄壁結(jié)構(gòu) 提取中面 有限元分析</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第1章 引言1</b></p><p>　　第2章 模型處理2</p><p>　　2.

5、1導(dǎo)入薄壁結(jié)構(gòu)模型2</p><p>　　2.2提取模型中面2</p><p><b>　　2.3修剪角板3</b></p><p>　　2.4將角板與薄壁結(jié)構(gòu)的邊緣進(jìn)行關(guān)聯(lián)3</p><p>　　第3章 劃分網(wǎng)格及處理4</p><p><b>　　3.1劃分網(wǎng)格4<

6、/b></p><p><b>　　3.2檢查網(wǎng)格4</b></p><p>　　第4章 載荷及邊界條件6</p><p>　　4.1創(chuàng)建分布式載荷6</p><p><b>　　4.2創(chuàng)建約束6</b></p><p>　　第5章 材料及單元屬性7</

7、p><p>　　5.1添加材料屬性7</p><p>　　5.2賦予單元屬性7</p><p>　　第6章 分析計(jì)算8</p><p><b>　　第7章 總結(jié)9</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)10</b></p><p><

8、b>　　第1章 引 言</b></p><p>　　Patran 是世界上使用最廣泛的有限元分析（FEA）前/后處理軟件，可為多個(gè)解算器提供實(shí)體建模、網(wǎng)格劃分、分析設(shè)置及后處理，其中包括 MSC Nastran、Marc、Abaqus、LS-DYNA、ANSYS 及 Pam-Crash。</p><p>　　Patran 提供了豐富的工具集，能夠簡(jiǎn)化分析模型的創(chuàng)建，可用于

9、線性、非線性、顯式動(dòng)力學(xué)、熱及其他有限元仿真。Patran 不僅具有使工程師可輕松處理 CAD 中的間隙和裂縫的幾何清理工具，還提供了從頭創(chuàng)建模型的實(shí)體建模工具，使任何人都可以方便地創(chuàng)建有限元模型。Patran可以通過全自動(dòng)網(wǎng)格劃分過程、也能夠提供更多控制的手工方法或者這兩者的組合，可輕松地在曲面和實(shí)體上創(chuàng)建網(wǎng)格。最后，該解決方案內(nèi)置了用于最流行的有限元解算器的載荷、邊界條件及分析設(shè)置，能最大限度地減少輸入文件的編輯工作。</p&

10、gt;<p>　　Patran 的各項(xiàng)功能綜合完善、經(jīng)過行業(yè)驗(yàn)證，可確保您在虛擬樣機(jī)上的工作能夠快速獲得結(jié)果，因此您可根據(jù)需求對(duì)產(chǎn)品性能進(jìn)行評(píng)估并優(yōu)化您的設(shè)計(jì)。</p><p><b>　　第2章 模型處理</b></p><p>　　本次課設(shè)的目的是空間薄壁開孔結(jié)構(gòu)有限元分析，其中的薄壁結(jié)構(gòu)模型已經(jīng)提供，故只需導(dǎo)入并進(jìn)行隨后為劃分網(wǎng)格之前的一些處理工作

11、即可。</p><p>　　2.1 導(dǎo)入薄壁結(jié)構(gòu)模型</p><p>　　選定所給的xmt文件，將模型導(dǎo)入Patran軟件，如圖2-1</p><p>　　圖2-1 薄壁結(jié)構(gòu)幾何模型</p><p>　　2.2 提取模型中面</p><p>　　利用Geometry: Create / Surface /Midsurf

12、ace命令，提取該薄壁結(jié)構(gòu)的中面，用來(lái)代替該結(jié)構(gòu)模型，以便接下來(lái)的劃分網(wǎng)格等操作。因?yàn)樵摻Y(jié)構(gòu)為完全對(duì)稱的薄壁結(jié)構(gòu)，故提取中面操作可行。提取的中面如下，圖2-2</p><p><b>　　圖2-2 中面</b></p><p><b>　　2.3 修剪角板</b></p><p>　　利用Geometry: Edit /

13、Surface / Trim命令，對(duì)薄壁結(jié)構(gòu)的角板進(jìn)行修剪，以便接下來(lái)操作的方便。最后，將復(fù)雜結(jié)構(gòu)的角板全部簡(jiǎn)化為三角形角板。如圖2-3</p><p>　　圖2-3 角板修剪后的效果</p><p>　　2.4 將角板與薄壁結(jié)構(gòu)的邊緣進(jìn)行關(guān)聯(lián)</p><p>　　利用Geometry: Associate / Curve / Surface命令，將角板的兩條直角邊

14、分別于薄壁結(jié)構(gòu)的水平垂直面進(jìn)行關(guān)聯(lián)。如圖2-4</p><p>　　圖2-4 角板與薄壁面關(guān)聯(lián)后的效果</p><p><b>　　劃分網(wǎng)格及處理</b></p><p>　　通過以上對(duì)模型的處理，已經(jīng)可以進(jìn)入對(duì)結(jié)構(gòu)的離散化操作。</p><p><b>　　3.1 劃分網(wǎng)格</b></p&g

15、t;<p>　　利用Elements : Create / Mesh / Surface命令，將結(jié)構(gòu)整體劃分為四邊形網(wǎng)格。如圖3-1</p><p>　　圖 3-1 劃分四邊形網(wǎng)格效果</p><p><b>　　3.2 檢查網(wǎng)格</b></p><p>　　利用Elements: Verify / Element /Bounda

16、ries命令，檢查劃分網(wǎng)格后，幾何模型的邊界是否連接在一起，如圖，線條皆變?yōu)辄S色，表示沒有問題。如圖3-2</p><p>　　圖 3-2 檢查邊界</p><p>　　利用Elements : Equivalence / All / Tolerance Cube消除劃分網(wǎng)格造成的重復(fù)節(jié)點(diǎn)，最終效果，如圖3-3</p><p>　　圖 3-3 去除重復(fù)節(jié)點(diǎn)后的效果&

17、lt;/p><p><b>　　載荷及邊界條件</b></p><p>　　4.1 創(chuàng)建分布式載荷</p><p>　　利用Create / CID Distributed Load / Element Uniform命令，對(duì)模型施加大小為100，方向?yàn)槠叫衴軸的分布力，作用點(diǎn)為四個(gè)圓環(huán)處。如圖4-1</p><p>　　圖

18、 4-1 施加分布載荷</p><p><b>　　4.2 創(chuàng)建約束</b></p><p>　　利用 Create / Displacement / Nodal命令，選中模型底部的四個(gè)洞作為施加點(diǎn)，進(jìn)行六自由度的約束，如圖4-2</p><p><b>　　圖 4-2 約束</b></p><p>

19、;<b>　　材料及單元屬性</b></p><p>　　5.1 添加材料屬性</p><p>　　利用Create / Isotropic/ Manual Input命令，添加模型材料鋁的屬性，如圖5-1</p><p>　　圖 5-1 鋁的材料屬性</p><p>　　5.2 賦予單元屬性</p>&l

20、t;p>　　利用 Create / 2D / Shell命令，賦予四邊形單元2D殼網(wǎng)格的屬性，并賦予0.125的厚度，如圖5-2</p><p>　　圖 5-2 殼單元屬性</p><p><b>　　分析計(jì)算</b></p><p>　　當(dāng)結(jié)束以上操作時(shí)就可以對(duì)模型進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算工作由NASTRAN軟件進(jìn)行。計(jì)算結(jié)果云圖如下，最大位移為

21、2.92e-3。如圖6-1</p><p>　　圖 6-1 位移云圖</p><p>　　應(yīng)力云圖，如圖6-2</p><p>　　圖 6-2 應(yīng)力云圖</p><p><b>　　第7章 總結(jié)</b></p><p>　　對(duì)于高度對(duì)稱的殼體結(jié)構(gòu)，如果應(yīng)用傳統(tǒng)的有限原理離散化方式，可以實(shí)現(xiàn)操作，但

22、是工作量很大，而且結(jié)果的準(zhǔn)確性不是很高。然而若是利用高度對(duì)稱的殼體結(jié)構(gòu)的自身特點(diǎn)，用提取中面的方法進(jìn)行簡(jiǎn)化操作，則可以大大減少工作量，提升離散化效果，提高計(jì)算結(jié)果的精度。</p><p>　　因此，通過對(duì)本課程設(shè)計(jì)空間薄壁結(jié)構(gòu)的有限元分析，我們可以得出結(jié)論，對(duì)于空間薄壁結(jié)構(gòu)適宜用提取中面的方法進(jìn)行簡(jiǎn)化操作，提升效率，提高精度。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b&g

23、t;</p><p>　　[1]龍凱.Patran2010與Nastran2010有限元分析從入門到精通[M]..機(jī)械工業(yè)出版社.2011。 </p><p>　　[2]劉兵山.Patran從入門到精通[M].水利水電出版社.2003。</p><p>　　[3]杜家政.MSC.Nastran軟件高級(jí)用戶入門指南及工程應(yīng)用實(shí)例[M].機(jī)械工業(yè)出版社.2013。<