有張力的巨型懸臂受力分析

1、有預(yù)張力的矩形懸臂厚板受力分析研究背景及綜述在工程應(yīng)用中，經(jīng)常會(huì)遇到矩形懸臂板結(jié)構(gòu).對此類結(jié)構(gòu)可以用Kirchhoff假設(shè)為基礎(chǔ)的 薄板理論進(jìn)行精確的力學(xué)分析，但是Kirchhoff薄板完全忽略橫向剪切的影響，因此即使對 薄板，它的解也是近似的.并且隨著板厚度的增加，近似程度越大按薄板理論計(jì)算誤差較大. 因此很多學(xué)者相繼建立了考慮剪切影響的各種不同修正理論一厚板理論.其中Reissner理論 應(yīng)用最為廣泛.但要精確求解解析解仍然是非常困難的.本例利用hyperworks軟件對工程問題 仿真求解。Altair HyperWorks是一個(gè)創(chuàng)新、開放的企業(yè)級CAE平臺，它集成設(shè)計(jì)與分析所需各種 工具

2、，具有無比的性能以及高度的開放性、靈活性和友好的用戶界面。HyperWorks包括以 下模塊：Altair HyperMesh高性能、開放式有限單元前后處理器，讓您在一個(gè)高度交互和 可視化的環(huán)境下驗(yàn)證及分析多種設(shè)計(jì)情況。Altair MotionView通用多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真及 工程數(shù)據(jù)前后處理器，它在一個(gè)直觀的用戶界面中結(jié)合了交互式三維動(dòng)畫和強(qiáng)大無比的曲線 圖繪制功能。Altair HyperGraph強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析和圖表繪制工具，具有多種流行的工程文 件格式接口、強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析和圖表繪制功能、以及先進(jìn)的定制能力和高質(zhì)量的報(bào)告生成器。 Altair HyperForm集成HyperMesh強(qiáng)

3、大的功能和金屬成型單步求解器，是一個(gè)使用逆向逼近 方法的金屬板材成型仿真有限元軟件。Altair HyperOpt使用各種分析軟件進(jìn)行參數(shù)研究和 模型調(diào)整的非線性優(yōu)化工具。Altair OptiStruct世界領(lǐng)先的基于有限元的優(yōu)化工具，使用拓 撲優(yōu)化方法進(jìn)行概念設(shè)計(jì)。Altair OptiStruct/FEA基本線性靜態(tài)、特征值分析模塊。創(chuàng)新、 靈活、合理的許可證一無論是單機(jī)版還是網(wǎng)絡(luò)版，HyperWorks許可單位（HWUs）都是平 行的，所以不管你運(yùn)行多少個(gè)HyperWorks模塊，只有需要HWUs最多的模塊才占用HWUs 數(shù)。問題模型的簡化和建模2.1前處理單位： mm ms kg k

4、N Gpa模型：3個(gè)組件一厚板、螺栓及支座、彈簧螺栓連接處有預(yù)張力，通過彈簧連接 實(shí)現(xiàn)（如圖1所示）。厚板自由端有切向載荷，施加在節(jié)點(diǎn)上。圖1模型1.厚板2.螺栓3.彈簧 4.支座網(wǎng)格：全部采用六面體網(wǎng)格實(shí)體網(wǎng)格劃分從三個(gè)方面入手：幾何模型、劃分方法和解決策略。1）幾何模型：a.了解部件的形狀，主要集中在尺寸小的部分。b.什么樣的特征可以被忽 略，例如小的倒角和圓孔。C.何種特征對分析是關(guān)鍵的特征，這些特征對確保好的單元質(zhì)量 是需要的。2）劃分方法:a.把部件分割成不同的區(qū)域。b.每個(gè)區(qū)域必須有可能只是用一種三維 網(wǎng)格模式。C.尋找下述特點(diǎn)區(qū)域：大量升成區(qū)域，對稱性區(qū)域，產(chǎn)生困難的區(qū)域。e.尋

5、找大 量不同區(qū)域和方法。f.注意什么樣的二維網(wǎng)格模式被要求。g.觀察周圍區(qū)域，什么功能可以 在那里使用。h.二維網(wǎng)格模式是否可以延伸到相鄰區(qū)域中。i.尋找對網(wǎng)格模式不能處理位置 進(jìn)行網(wǎng)格劃分的方法：如果這樣做了，尋找網(wǎng)格可以觸及的曲面；注意周圍網(wǎng)格將于此模式 想融合。J.小特征融入到大特征中，大特征劃分網(wǎng)格時(shí)必須考慮到小特征。3）解決策略:a.內(nèi) 部特征銜接外部特征：不能變成被限制的。網(wǎng)格模式需要一個(gè)面流入以便它們可以停止。從 內(nèi)到外分網(wǎng)可以避免此問題。b.小特征融入大特征中。c.硬特征應(yīng)當(dāng)先處理。d.通常情況下 首先進(jìn)行大量的生成，后面的編輯是比較容易的，可以按此方式進(jìn)行。2）六面體網(wǎng)格劃分

6、2.2材料：都使用鋼材，輸入密度、彈性模量、泊松比。2）六面體網(wǎng)格劃分2.2材料：都使用鋼材，輸入密度、彈性模量、泊松比。圖3密度、彈性模量、泊松比2.3特性：螺栓及支座和厚板設(shè)置共同特性。選取特性卡片設(shè)置各向積分點(diǎn)數(shù)目。& PLATEISOLID141Enter N u m b e r o& PLATEISOLID141Enter N u m b e r oi j krLI I I zIsmstr2Icpre integration p i n t s along圖4彈簧特性設(shè)置：螺栓及支座分別與彈簧做剛性連接，用來施加預(yù)張力。特性卡片選取及施加預(yù)張力圖6卡片特性2.4接觸：利用兩個(gè)set

7、(master和slave)定義自接觸(type7)。2.5邊界條件：約束：支座底部約束三個(gè)移動(dòng)自由度。載荷：自由端在節(jié)點(diǎn)施加切向載荷。其中自由端載荷是按時(shí)間加載的。計(jì)算結(jié)果3.1輸出控制：選擇自由端一個(gè)節(jié)點(diǎn)，定義時(shí)間歷程輸出位移隨時(shí)間的變化。定義求解起始、結(jié) 束時(shí)間，求解步長，輸出整體位移、von-mises應(yīng)力。定義動(dòng)畫起止時(shí)間，時(shí)間步長，結(jié)果 文件輸出頻率。3.2導(dǎo)出文件求解打開radioss求解器，導(dǎo)入剛才保存的文件3.3后處理利用hyperview后處理，繪制應(yīng)力云圖，節(jié)點(diǎn)撓度隨時(shí)間變化圖，觀看動(dòng)畫仿真。4.446E-013.817E-013.189E-012.560E-01Cont

8、our PlotVon Mise(Scalar valued4.446E-013.817E-013.189E-012.560E-01Contour PlotVon Mise(Scalar valued5.703E-01 -5.074E-01-1.931E-011.303E-01一6.743E-02一4.569E-03 No result 5.703E-01SOLID 4528Min = 4.569E-03SOLID；i724cantileverResult : CAtJser$acerDesktopPPT40s O.lcantilgver.hSd Loadcase 1 Time = 40.040577 Fram