cae課程設計--空間薄壁開孔結構有限元分析

1、<p>　　CAE課程設計說明書</p><p>　　空間薄壁開孔結構有限元分析</p><p>　　專業(yè) 飛行器設計與工程</p><p><b>　　班號 </b></p><p><b>　　學號 </b></p><p><b>　　姓名

2、 </b></p><p><b>　　指導教師 </b></p><p><b>　　2015年1月</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本次CAE課設，使用PATRAN & NASTRAN軟件，進行空間薄壁結構

3、的有限元分析。薄壁空間結構，屬于空間受力結構，主要承受曲面內的軸向壓力，彎矩很小。故根據(jù)其結構特點，并不對薄壁結構直接進行實體網(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化為對中面結構的操作。最后可以快速得到正確的應力形變分析結果。由此，我們可以得出結論，對與對稱的薄壁結構采用提取中面的方法將會大大簡化離散過程并得出正確的計算結果的。<

4、;/p><p>　　關鍵詞 PATRAN & NASTRAN 空間薄壁結構 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導入薄壁結構模型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將角板與薄壁結構的邊緣進行關聯(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 分析計算8</p><p><b>　　第7章 總結9</b></p><p><b>　　參考文獻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，可為多個解算器提供實體建模、網(wǎng)格劃分、分析設置及后處理，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，能夠簡化分析模型的創(chuàng)建，可用于

9、線性、非線性、顯式動力學、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體上創(chuàng)建網(wǎng)格。最后，該解決方案內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 的各項功能綜合完善、經(jīng)過行業(yè)驗證，可確保您在虛擬樣機上的工作能夠快速獲得結果，因此您可根據(jù)需求對產(chǎn)品性能進行評估并優(yōu)化您的設計。</p><p><b>　　第2章 模型處理</b></p><p>　　本次課設的目的是空間薄壁開孔結構有限元分析，其中的薄壁結構模型已經(jīng)提供，故只需導入并進行隨后為劃分網(wǎng)格之前的一些處理工作

11、即可。</p><p>　　2.1 導入薄壁結構模型</p><p>　　選定所給的xmt文件，將模型導入Patran軟件，如圖2-1</p><p>　　圖2-1 薄壁結構幾何模型</p><p>　　2.2 提取模型中面</p><p>　　利用Geometry: Create / Surface /Midsurf

12、ace命令，提取該薄壁結構的中面，用來代替該結構模型，以便接下來的劃分網(wǎng)格等操作。因為該結構為完全對稱的薄壁結構，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，對薄壁結構的角板進行修剪，以便接下來操作的方便。最后，將復雜結構的角板全部簡化為三角形角板。如圖2-3</p><p>　　圖2-3 角板修剪后的效果</p><p>　　2.4 將角板與薄壁結構的邊緣進行關聯(lián)</p><p>　　利用Geometry: Associate / Curve / Surface命令，將角板的兩條直角邊

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

15、t;<p>　　利用Elements : Create / Mesh / Surface命令，將結構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)格造成的重復節(jié)點，最終效果，如圖3-3</p><p>　　圖 3-3 去除重復節(jié)點后的效果&

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，對模型施加大小為100，方向為平行y軸的分布力，作用點為四個圓環(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洞作為施加點，進行六自由度的約束，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>　　分析計算</b></p><p>　　當結束以上操作時就可以對模型進行計算。計算工作由NASTRAN軟件進行。計算結果云圖如下，最大位移為

21、2.92e-3。如圖6-1</p><p>　　圖 6-1 位移云圖</p><p>　　應力云圖，如圖6-2</p><p>　　圖 6-2 應力云圖</p><p><b>　　第7章 總結</b></p><p>　　對于高度對稱的殼體結構，如果應用傳統(tǒng)的有限原理離散化方式，可以實現(xiàn)操作，但

22、是工作量很大，而且結果的準確性不是很高。然而若是利用高度對稱的殼體結構的自身特點，用提取中面的方法進行簡化操作，則可以大大減少工作量，提升離散化效果，提高計算結果的精度。</p><p>　　因此，通過對本課程設計空間薄壁結構的有限元分析，我們可以得出結論，對于空間薄壁結構適宜用提取中面的方法進行簡化操作，提升效率，提高精度。</p><p><b>　　參考文獻</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軟件高級用戶入門指南及工程應用實例[M].機械工業(yè)出版社.2013。<