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有限元线性静态分析


这是最常用的分析类型。所有航空,汽车,海洋和土木工程行业会用线性静态分析。
HyperMesh线性静态分析举例
理论结果 在机械学里,静态状况意思就是平衡力和扭矩(V=0)。静态载荷应该没有变化。要是载荷变化很慢,结
构反应可能考虑用静态分析确定。但是载荷变化很快的话(相对于结构的反应能力)就需要用动态分析确定。 计算静态问题,所有有限元分析求解器会算下面的方程: K: 整体刚度矩阵 x: 需要确定反应的位移矢量 f: 施加到结构的外力矢量
静态 静态分析有两个条件: 1. 力是静态的,也就是说,力是常数,静负载
2. 平衡条件:∑ Force = 0, ∑ Moments = 0
∑Fx = 0
∑x = 0
∑Fy = 0
∑My = 0
∑Fz = 0
∑Mz = 0
有限元模性在每个节点应该满足这个条件。在每个位置,外部力的总和应该等于反作用力总和。
第四步- 定义约束载荷集,设置模型约束
1. 在 Model Browser 里右键点击然后选 Create > LoadCollector 打开 Create LoadCollector 窗口。 2. Name 输入 SPC,Card Image 选成 none,然后点 Create。
创建这个载荷集以后,在 Model Browser 可以看得到约束 SPC 在 LoadCollector 里。
5. 点击 Create。 6. 重复这个流程,这次节点 2 和 3 只选 dof2 和 dof3。模型现在是这样的:
现在模型只有两个自由度,Ux2 和 Ux3。 第五步 – 设定力载荷集,施加载荷 1. 创建载荷集 Force 选 no card image。
创建这个载荷集以后,可以在 Model Browser 里看到 Load Collector 组里的 Force。
2. 现在应该在节点 3 创建 X 负方向的力。用 BCs > Create > Forces 下面的 Forces 面板。 3. Nodes 选 node3。magnitude 输入-10,然后选 x-axis,具体如下:
4. 点击 Create 创建力。
第六步 – 定义载荷步。 1. 选 Setup > Create > LoadSteps 创建载荷步。 这样就会进入 LoadSteps 面板,这里可以选约束、载荷和分析类型。
8. 重复这个过程,创建第二部件 A2,选 PROD 属性,面积等于 78.54。也指定 steel 材料。记得把部件 选成另外颜色。
创建这两个部件以后,应该可以在 Model Browser 里看到两个叫 Component 和 Assembly Hierarchy 的新 组,两个里面都有 A1 和 A2。
11.2 HyperMesh设定线性静态分析
用 HyperMesh设定RADIOSS BulkData做静态分析基本过程如下: 1. 从 Model Browser,右键点击 Create > Material。
2. 然后输入材料名称,选 card image (mat 1) 再点击 Create。
3. 在 HyperView 的工具栏,点击 Contour, 后点击 Apply。这就会生成云图如下:
,选 Displacement 和 Mag 作为 Result Type, 然
4. 可以用 Measure 面板, ,比较这个结果和第一部分里面的结果。点击 Add 然后把 Measure Type 变成 Nodal Contour,然后选节点 2 和 3。
3. 然后需要输入材料杨氏模量 [E]和泊松比 [Nu],再点击 return.
4. 要是只有一维单元,泊松比可以不输入。 5. 现在应该可以看到在 Model Browser 里的 Material 组下面的 steel 材料。
第二步 创建新的部件和属性,然后指定材料 1. 从 Model Browser,右键点击选 Create > Component。 2. 然后输入部件名称:如 A1,注意目前没有指定的属性或者材料。
可以看得到,Measure 里的数值跟第一部分里的是一样的。
很多复杂问题可以简化为一个静态系统。也可以用静态分析先查一下非线性特性,是不是需要做更复杂的 分析类型。材料密度是不需要的,除非要看部件质量影响。做静态分析中需要指定材料的弹性模量和泊松比。 评估静态分析结果时,需要注意线性假设有效性。要考虑一下:
两个圆:Ri=50 mm; Ra=250 mm。
两圆中间创建填充表面。 然后沿表面法向拉 5mm,形成封闭的 3D 几何。
网格划分 用 Solid Map Mesh 面板创建实体单元。
确定圆盘中心和柱坐标系 模型里需要指定柱坐标系才能计算径向应力和切向应力(Sxx 和 Syy)。
可以用 Distance 面板确定圆盘中心。注意用三节点子面板。 在内圈选三个节点,点击 circle center. 重复上一步,确定另外表面中心。 用这两临时节点确定柱坐标系 z 方向,选 Geometry > Create > Systems > Node Reference。
11.4 项目:旋转圆盘分析
下面演示如何设定旋转圆盘线性静态分析。
图形:3D FEM 旋转圆盘模型。Ri=50 mm, Ra=250 mm, 厚度 T= 5 mm, 材料属性: E= 210.000 N/mm2, Rho=7.9e-9 t/mm3, 平均单元大小10 mm
几何 首先需要建圆盘模型,一个办法是创建两个圆:
相对于结构大小,变形和旋转够不够小? 超过材料屈服应力了没有? 部件与部件,部件与边界有没有穿透,这将改变系统载荷的路径。
11.3 线性静态分析教程和交互式视频
首先需要用邮箱地址在 HyperWorks 用户中心网站注册才能看下面的视频和教程。 推荐教程: •RD-1000: Linear Static Analysis of a Plate with a Hole 推荐视频 (10-15 分钟,不需要安装 HyperWorks): •Loads •Loadstep/Subcase •Input File •Log file, Error Messages •Direct Frequency Response Analysis of a Flat Plate •Direct Transient Dynamic Analysis of a Bracket •Convergence of finite elements – by Prof. J. Chessa, Texas 网络研讨会: •Linear Solutions with RADIOSS •NVH Solutions with RADIOSS
第七步 - 提交分析
1. 到 Analysis 页里,选 Radioss 面板。 2. 点击 save as… 然后给 Radioss 文件制定存储路径和后缀为.fem 的文件名。 3. 确认设置跟下面一样,然后选 Radioss 提交分析。
第八步 – 结果后处理
1. 计算完成以后,看结果最容易办法就是点击 Hyperview 绿色按钮。 2. 这就会打开 HyperView 并且加载结果.h3d 文件。
XI 线性静态分析
11.1 线性静态分析
应力
软件根据这个路劲进行线性 静态计算
实际应力-应变曲线
应变
线性 线性表示材料线性弹性行为。也就是说,应力-应变曲线的线性部分,一个直线按照胡克定律:σ=εE。这
条直线方程就是 y=mx跟原点有交叉。曲线的斜率就是弹性模量,E,也是常数。在真实情况下,过了屈服应 力,材料会按照非线性曲线走,可是求解器还是会按照线性曲线走。超过极限应力,部件应该破裂,可是线性 静态分析不会显示失败。它只会显示没有破坏的部件,在失败位置显示有很高的应力。也可能会看到不现实的 大变形。工程师需要比较最大应力和屈服应力或者极限应力,然后决定部件是安全还是失败的。所以工程师必 须考虑材料和载荷在线性静态情况是否可行。
3. 在我们例子里需要创建 CROD 单元。用 Element Types 面板 (Mesh > Assign > Element Type)将杆 单元设置成 CROD。
4. Create rod 面板可以从 Mesh > Create > 1D Elements > Rods 下拉菜单选择。 5. 在 Create rod 面板里,从节点 1 到节点 2 创建一个杆单元,放在 A1 部件里,指定 A1 属性(用 Model Browser 选 A1 部件当作 Current Component)。注意要先选属性,再选节点,确保指定合适的属性。 6. 重复第五步,让 A2 部件当 Current Component,然后从节点 2 到节点 3 创建杆单元,指定 A2 属性。
3. 选 BCs > Create > Constraints 创建单点约束。这些约束会固定不允许动的自由度。 4. 在 RADIOSS 里,杆单元是空间单元,有三个自由度 (Ux, Uy, 和 Uz). 为了复制第一部分简单模型,
我们需要消除所有 Uy,Uz 自由度和节点 1 上的 Ux 自由度。在 Constraints 面板里,选节点 1,然后只选 dof1, dof2,dof3。
我们现在考虑一个简单的静态例子来帮助我们理解静态分析。例子如下:
这是二级柱,两个均等部分,有不一样的横截面面积。 下面说的办法可以扩展到任何问题。先需要用节点和单元建模结构。明显这个问题至少要两个单元,每一 部分一个单元。 我们先来考虑下面的有限元模型解决这个线性静态问题。在这个例子中,我们将使用杆单元,如下图片:
第三步 创建有限元网格和合适属性 这一步取决于模型。可以从导入的 CAD 几何开始,或者导入另外 FEA 模型,或者这两办法并用。在我们
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