有张力的巨型悬臂受力分析

1、有预张力的矩形悬臂厚板受力分析1.研究背景及综述在工程应用屮，经常会遇到矩形悬臂板结构.对此类结构可以用kirchhoff假设为基础的 薄板理论进行精确的力学分析，但是kirchhoff薄板完全忽略横向剪切的影响，因此即使对 薄板，它的解也是近似的并且随着板厚度的增加，近似程度越大.按薄板理论计算误差较大. 因此很多学者相继建立了考虑剪切影响的各种不同修正理论一厚板理论.其中reissner理论 应用最为广泛.但要精确求解解析解仍然是非常困难的.本例利用hyperworks软件对工程问题 仿真求解。altair hyperworks是一个创新、开放的企业级cae平台，它集成设计与分析所需各种

2、工具，具有无比的性能以及高度的开放性、灵活性和友好的用户界面。hyperworks包括以 下模块：altair hypermesh高性能、开放式有限单元前后处理器，让您在一个高度交互和 可视化的环境下验证及分析多种设计情况。altair motionview通用多体系统动力学仿真及 工程数据前后处理器，它在一个直观的用户界而中结合了交互式三维动画和强犬无比的曲线 图绘制功能。altair hypergraph强大的数据分析和图表绘制工具，具有多种流行的工程文 件格式接口、强大的数据分析和图表绘制功能、以及先进的定制能力和高质量的报告生成器。 altair hyperform集成hypermes

3、h强人的功能和金属成型单步求解器，是一个使用逆向逼近 方法的金属板材成型仿真有限元软件。altair hyperopt使用各种分析软件进行参数研究和 模型调整的非线性优化工具。altairoptistruct世界领先的基于有限元的优化工具，使用拓 扑优化方法进行概念设计。altair optistruct/fea基本线性静态、特征值分析模块。创新、 灵活、合理的许可证一无论是单机版还是网络版，hyperworks许可单位(hwus)都是平 行的，所以不管你运行多少个hyperworks模块，只有需要hwus最多的模块才占用hwus 数。2 问题模型的简化和建模2前处理 单位：mm ms kg

4、kn gpa 模型：3个组件一厚板、螺栓及支座、弹簧螺栓连接处有预张力，通过弹簧连接实现(如图1所示)。厚板自由端有切向载荷，施加在节点上。图1模型1.厚板 2.螺栓 3.弹簧 4.支座 网格：全部采用六面体网格实体网格划分从三个方面入手：儿何模型、划分方法和解决策略。1）儿何模型：a.了解部件的形状，主要集屮在尺寸小的部分。b.什么样的特征可以被忽 略，例如小的倒角和圆孔。c.何种特征对分析是关键的特征，这些特征对确保好的单元质量 是需要的。2）划分方法a把部件分割成不同的区域。b.每个区域必须有可能只是用一种三维 网格模式。c.寻找下述特点区域：大量升成区域，对称性区域，产生困难的区域。e

5、.寻找大 量不同区域和方法。匸注意什么样的二维网格模式被要求。g.观察周围区域，什么功能可以 在那里使用。h.二维网格模式是否可以延伸到相邻区域中。i.寻找对网格模式不能处理位置 进行网格划分的方法：如果这样做了，寻找网格可以触及的曲面；注意周围网格将于此模式 想融合。j.小特征融入到人特征屮，大特征划分网格时必须考虑到小特征。3）解决策略a内 部特征衔接外部特征：不能变成被限制的。网格模式需要一个面流入以便它们可以停止。从 内到外分网可以避免此问题。b.小特征融入大特征屮。c.硬特征应当先处理。d.通常情况下 首先进行大量的生成，后面的编辑是比较容易的，可以按此方式进行。2）六面体网格划分2

6、.2材料：都使用钢材，输入密度、弹性模量、泊松比。土/mat/plas.johns/1steelrhojnitiali7 . 3 0 0 ee-05nu2 0 5 .000 i0.290图3密度、弹性模量、泊松比2.3特性：螺栓及支座和厚板设置共同特性。选取特性卡片设置各向积分点数冃。(plateisolidi14ismstr?iienter n um b e ro f i n t e j【kgrot io nicpre points along图4弹簧特性设置：螺栓及支座分别与弹簧做刚性连接，用来施加预张力。特性卡片选取及施加预张力 |c e las 1massl0.002stifo f1j

7、i13744.468|0.000 iifun1|ifun2|0 1图6卡片特性图7预张力2.4接触:利用两个set (master和slave)定义自接触(type7)o图82. 5边界条件：约束：支座底部约束三个移动自由度。载荷：自由端在节点施加切向载荷。其中自由端载荷是按时间加载的。图90.02time图103 汁算结果3.1输岀控制:选择自由端一个节点，定义时间历程输出位移随时间的变化。定义求解起始、结 束时间，求解步长，输出整体位移、vonmiscs应力。定义动画起止时间，时间步长，结果 文件输出频率。3.2导出文件求解打开radioss求解器，导入刚才保存的文件3.3后处理利用hyp

8、erview后处理，绘制应力云图，节点挠度随时间变化图，观看动画仿真。cantileverresult : c:usersacerdesktopppt40s 0.1cantilever h3dloadcase 1 : time = 40.040577frame 41contour plotvon mises(scalar value) 5.703e-01-5.074e-01jj4 446e-01i-3.817e-01 卜 3 189e-011-2560e-011-1 931e-011 303e-016.743e-02i一 4 569e-03 no result |max = 5.703e-01solid 4528min =