大型通用有限元分析与结构设计

发表于2014-04-17     1909人浏览     3人跟帖     总热度:68  

      以下是我对某些大型通用有限元分析手段与结构设计的看法。

       大型通用有限元软件是结构分析的一个非常重要的手段,特别是在节点设计时,复杂的节点构造形式,很难进行传力和受力的认识,可行与不可行,经济与不经济等都是比较难以判断,完全是通过构造或者经验进行设计,往往很保守,但却不经济,造成资源的浪费,最后节点五花八门,传力不明确或者臃肿的现象繁多。这就充分体现了有限元对节点进行分析的重要性了。        

      那究竟有限元可以为我们设计提供怎么样的帮助呢?        

1、首先,讲讲有限元基本事实。       

(1)建模。在有限元中建立三维实体或壳等模型,模型将于实际的工程和节点形式相一致,或可忽略次要的影响因素,考虑主要的方向进行建模计算。    

(2)单元。通过对建立的模型进行离散,变成成千上万个单元所组成的模型用以近似模拟整体连续的几何模型。    

(3)边界条件。通过近似的模拟实际工程中的荷载和位移边界条件,忽略次要的因素,大致的进行模拟。    

(4)计算。通过有限元分析方法,建立庞大的单元刚度矩阵,代入平衡方程中进行计算,得到积分点、节点的位移和内力以及其他输出变量。
2、其次,有限元结果的参考。
    有限元计算结果中输出有应力、应变、位移、反力、转角等各种变量的分布,作为设计参考之用。     

(1)应力和应变。反应的结构强度的问题,可以直观的看出,在荷载作用下结构的受力性能和应力状态,哪个地方出现应力集中、那个地方应力分布较大、受力较大,是否已经达到屈服等等,可以对节点的设计是否合理,是否满足弹性的要求。    

(2)位移。反应的是结构的刚度问题,从关键部位的位移可以判断结构是否达到刚度的要求,并且可以验算对挠度的限值,以及变形最大的薄弱位置。    

(3)反力。对超静定结构的求解,可以输支座的反力用于核对其他软件的结果,或者用于试验设计中的千斤顶的设置,同时可以输出结构的荷载位移曲线,判断结构的受力阶段。        

3、 除此之外,有限元结果中可以输出更多的变量,供结构设计和研究提供更为详细的帮助资料,如:
(1)受力全过程的动画。以动态的方式,展现结构受力全过程的变化,可保存输出,用来判断结构变形是否正常合理,以及中介受力是否存在不正当变心情况,展现每一步的变化情况。    

(2)最大/最小主应力方向。对复杂结构等的传力途径的判断,由于空间的受力加上复杂的结构特点,传力路径往往非常的不明确,但通过显示最大和最小主应力的方式,可以得到结构各部位的传力方式和方向,给设计人员一个参考,判断是否满足传力合理、受力明确等要求。   

(3) 为了防止设计过于保守,可以通过参数上的分析对节点构造进行优化,选取经济合理的结构形式。
  4、有限元结果的必弊端。        

 有限元计算结果是近似的稳定解,由于真解释非常难以获得的,而有限元的解是具有很高精度的解,所以被人们所认可。有限元之所以成为近似解,主要是因为一下几个方面:

①采用离散的单元对连续体的模拟;

②理想的边界条件与实际工程结构近似,有时甚至差异比较大;

③单元的分析采用变分原理,方程的解也是具有一定精度的稳定值;

④单元节点的位移与应力是通过插值进行转换的,精度会失真,节点的位移进度最高,积分点的应力精度最高;

⑤模拟结构的材料通常是经过处理的理想的非线性本构,与实际材料有差别;

⑥相互接触的关系也是比较离线的绑定、植入、摩擦、硬接触等参数的设置具有一定的近似;

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 发表于2014-04-17   |  只看该作者       筑龙币+5

2

其实,很多人都可能用过这样的分析软件,但设计院中一般比较少用到,我的认识还是比较浅薄,不过在以后的实践中慢慢的完善它

 发表于2014-05-23   |  只看该作者       筑龙币+5

3

很多人都可能用过这样的分析软件,

 发表于2015-08-13   |  只看该作者      

4

谢谢楼主分享,果断收藏。。。

qiuzengzhang

广东 衡阳 | 结构设计

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