工程結(jié)構(gòu)實例有限元分析課件

工程結(jié)構(gòu)實例有限元分析<<航空工程先進數(shù)值計算技術(shù)>>工程結(jié)構(gòu)實例有限元分析某型機前機身結(jié)構(gòu)靜力有限元分析某型機垂尾翼尖結(jié)構(gòu)有限元靜力分析某型直升機涵道尾槳有限元動力分析FRP蜂窩結(jié)構(gòu)標(biāo)志底板有限元分析風(fēng)機塔架的屈曲穩(wěn)定性分析某型機前機身結(jié)構(gòu)靜力有限元分析結(jié)構(gòu)簡介某型機前機身結(jié)構(gòu)CATIA模型圖某型機前機身結(jié)構(gòu)靜力有限元分析前機身結(jié)構(gòu)傳力路線結(jié)構(gòu)所承受載荷僅考慮氣密壓力載荷作用。從機身結(jié)構(gòu)總體受力來說，長桁和大梁用來承受機身彎矩引起的軸力。蒙皮除了承受全部剪力和扭矩外，還要不同程度地承受軸力的作用。普通框的作用是維持機身外形，支持機身長桁和蒙皮。加強框除具有普通框的作用外，還要承受飛機其他部件、組件和設(shè)備等傳來的集中載荷。某型機前機身結(jié)構(gòu)靜力有限元分析有限元分析模型的建立根據(jù)如實地反映結(jié)構(gòu)的幾何形狀、構(gòu)造型式、材料特性、傳力路線、承載方式和邊界條件等因素的基本原則，將前機身結(jié)構(gòu)離散化為一個有限元分析模型。由于氣密艙段形狀不規(guī)則，其外形切面由圓弧、雙曲線甚至平直線組成，加上由于結(jié)構(gòu)布置上的需要，天窗骨架前部左右各有一個駕駛員彈射救生拋蓋開口，天窗骨架后部有一個操作員彈射救生拋蓋開口，艙段左側(cè)新開有登機門開口，形成一個復(fù)雜結(jié)構(gòu)的氣密艙段。在氣密載荷作用下，蒙皮不僅受剪應(yīng)力，還受彎曲應(yīng)力；長桁和框不僅受拉伸，還受彎曲。將蒙皮和隔框腹板等簡化為殼單元，長桁、框緣及縱橫加筋等簡化為空間梁元。對駕駛員拋蓋及操作員拋蓋的定位支座與掛鉤的連接采用多點約束(MPC單元)來模擬，二維殼單元向一維梁單元的過渡通過MPC單元模擬。某型機前機身結(jié)構(gòu)靜力有限元分析某型機前機身結(jié)構(gòu)總體有限元分析模型某型機前機身結(jié)構(gòu)靜力有限元分析某型機前機身結(jié)構(gòu)靜力有限元分析總體應(yīng)力計算及分析對于前機身的前風(fēng)擋玻璃，觀測窗以及12框堵蓋部位，在受力時并不傳遞彎矩，因此不能將這些部位與整體模型固連，應(yīng)該簡支連接。因此，有限元模型中不能在此處消去重復(fù)節(jié)點?？梢詫⑶帮L(fēng)擋玻璃、觀測窗以及12框堵蓋邊沿節(jié)點簡支，并在面單元上施加0.04MPa的氣密載荷，計算出這些部位周邊節(jié)點的約反力再將其反加到總體模型的前風(fēng)擋玻璃框、觀測窗框及12框堵蓋口邊節(jié)點上。因此，總體應(yīng)力分析時便可只分析除去前風(fēng)擋玻璃、觀測窗及12框堵蓋的整體模型便可。某型機前機身結(jié)構(gòu)靜力有限元分析某型機前機身結(jié)構(gòu)靜力有限元分析某型機垂尾翼尖結(jié)構(gòu)有限元靜力分析結(jié)構(gòu)簡介某型機垂尾翼尖設(shè)計結(jié)構(gòu)如下圖所示。某型機垂尾翼尖結(jié)構(gòu)有限元靜力分析垂尾翼尖的所有結(jié)構(gòu)件均采用玻璃鋼結(jié)構(gòu)，由預(yù)浸料鋪設(shè)而成，單層厚度為0.25mm，單層材料的力學(xué)性能數(shù)據(jù)如下表所示。某型機垂尾翼尖結(jié)構(gòu)有限元靜力分析垂尾翼尖結(jié)構(gòu)的有限元模型的建立根據(jù)如實地反映結(jié)構(gòu)的幾何形狀、構(gòu)造型式、材料特性、傳力路線、承載方式和邊界條件等因素的基本原則，將垂尾翼尖結(jié)構(gòu)離散化為一個有限元分析模型。由于垂尾翼尖結(jié)構(gòu)為由蒙皮、前后梁、多隔板和天線罩組成的全復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，因而將它們均用層合殼單元來離散。垂尾翼尖有限元模型共包括層合殼單元1684個，節(jié)點1459個。垂尾翼尖結(jié)構(gòu)蒙皮有限元模型如下圖所示。某型機垂尾翼尖結(jié)構(gòu)有限元靜力分析某型機垂尾翼尖結(jié)構(gòu)有限元模型某型機垂尾翼尖結(jié)構(gòu)有限元靜力分析載荷工況考慮某型機在某飛行狀態(tài)下，垂尾翼尖結(jié)構(gòu)受到氣動載荷作用，如下圖所示。飛行狀態(tài)下的氣動力分布某型機垂尾翼尖結(jié)構(gòu)有限元靜力分析有限元靜力分析結(jié)果垂尾位移云圖垂尾翼尖結(jié)構(gòu)第1鋪層最大失效指標(biāo)分布某型直升機涵道尾槳有限元動力分析結(jié)構(gòu)簡述某型直升機涵道尾槳葉片結(jié)構(gòu)實體和翼型如下圖所示。槳葉翼型圖某型直升機涵道尾槳葉片結(jié)構(gòu)某型直升機涵道尾槳有限元動力分析某型直升機涵道尾槳有限元動力分析有限元模型的建立根據(jù)如實地反映結(jié)構(gòu)的幾何形狀、構(gòu)造型式、材料特性、傳力路線、承載方式和邊界條件等因素的基本原則，將涵道尾槳葉片結(jié)構(gòu)離散化為一個有限元分析模型。對于此槳葉分析共采用三種單元類型，蒙皮采用層合結(jié)構(gòu)殼單元Shell99，葉梁、泡沫塊、碳條及葉根布采用10節(jié)點三維結(jié)構(gòu)體單元Solid92及20節(jié)點三維結(jié)構(gòu)體單元Solid95。其單元幾何形狀如下圖所示。某型直升機涵道尾槳有限元動力分析Solid92Shell99Solid95某型直升機涵道尾槳有限元動力分析某型直升機涵道尾槳有限元動力分析槳葉振動的共振圖揮舞共振圖扭轉(zhuǎn)共振圖FRP蜂窩結(jié)構(gòu)標(biāo)志底板有限元分析結(jié)構(gòu)簡介某FRP蜂窩結(jié)構(gòu)標(biāo)志示意圖和標(biāo)志底板結(jié)構(gòu)三維圖如下圖所示。FRP蜂窩結(jié)構(gòu)標(biāo)志底板有限元分析

FRP蜂窩結(jié)構(gòu)標(biāo)志底板為蜂窩夾層結(jié)構(gòu)，底板尺寸為，上下面板為玻璃鋼材料，厚度均為1mm；芯層為鋁蜂窩，厚度為23mm；底板內(nèi)預(yù)埋有兩金屬型材料，截面為空心矩形，寬度為70mm，壁厚為3mm，長度為1m；用以固定外面的鋁滑槽，長度為600mm，其三維結(jié)構(gòu)如下圖所示，鉚釘直徑為5mm。FRP蜂窩結(jié)構(gòu)標(biāo)志底板有限元分析有限元分析模型的建立FRP蜂窩結(jié)構(gòu)標(biāo)志底板有限元分析FRP蜂窩結(jié)構(gòu)標(biāo)志底板有限元分析根據(jù)如實地反映結(jié)構(gòu)的幾何形狀、構(gòu)造型式、材料特性、承載情況和邊界條件等因素的原則，將FRP蜂窩結(jié)構(gòu)標(biāo)志底板結(jié)構(gòu)離散化為一個有限元分析模型?？紤]到結(jié)構(gòu)、承受載荷、邊界條件的對稱性，只建立如圖13.14所示的1/4模型進行計算分析?；鄹浇Ｐ头糯髨D如圖13.15。其中在預(yù)埋件附近的模型包括預(yù)埋件、鋁滑槽、鉚釘均采用三維體單元（PSOLID），預(yù)埋件以外部分模型均采用二維復(fù)合材料殼單元（PCOMP），三維單元向二維單元的過渡區(qū)采用MPC（RBE3）單元來連接。FRP蜂窩結(jié)構(gòu)標(biāo)志底板有限元分析1/4有限元分析模型圖滑槽附近模型放大圖FRP蜂窩結(jié)構(gòu)標(biāo)志底板有限元分析載荷及邊界條件結(jié)構(gòu)受風(fēng)壓載荷作用，基本風(fēng)壓大小為，動載系數(shù)取為1.4，則實際加載風(fēng)壓為，其最不利情況為風(fēng)壓加在面板背面，且風(fēng)向與面板垂直。FRP蜂窩結(jié)構(gòu)標(biāo)志底板有限元分析在邊界條件的處理上，在對稱邊上采用對稱邊界條件?？紤]到立柱與螺栓足夠牢固并視其不變形，在鋁滑槽的擋塊處加固定約束。FRP蜂窩結(jié)構(gòu)標(biāo)志底板有限元分析有限元計算結(jié)果根據(jù)FRP蜂窩結(jié)構(gòu)標(biāo)志底板結(jié)構(gòu)的傳力情況，蜂窩夾層板、鋁滑槽、鉚釘及擋塊之間均為接觸傳力而并非為完全固連，因而此問題屬于接觸問題，需進行接觸分析計算。從力學(xué)分析角度看，接觸是邊界條件高度非線性的復(fù)雜問題，需要準(zhǔn)確追蹤接觸前多個物體的運動，以及追蹤接觸發(fā)生后這些物體之間的相互作用。接觸問題模擬計算的一般目的是為了確定接觸面積及計算所產(chǎn)生的接觸壓力。采用軟件中的接觸分析求解器進行應(yīng)力計算。FRP蜂窩結(jié)構(gòu)標(biāo)志底板有限元分析FRP蜂窩結(jié)構(gòu)標(biāo)志底板結(jié)構(gòu)的應(yīng)力云圖預(yù)埋件應(yīng)力分布云圖FRP蜂窩結(jié)