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有限元分析常见结构类型及其所对应Ansys单元类型

2015年07月04日 CAE 阅读 3,187 views 次

在有限元分析中,几何模型直接影响分网过程和网格形式。几何建模时并不总是完全照搬结构的实际形状,而是应根据形状和边界条件的特点对结构进行必要的简化变换和处理,以建立适合于网格划分和降低模型规模的几何模型。本位总结了有限元分析中常见的结构类型,及其在Ansys中求解时应对应选择的Ansys单元类型。

实际结构均为三维问题,但是当满足特定条件(如轴对称)时可以把三维问题简化为二维问题进行求解,这种处理方法称为降维处理。由于轴对称等二维问题的几何模型是平面模型,在平面上划分网格比在空间内划分要容易得多,单元数量也少得多所以分析相对简单。实际结构型式各种各样,计算模型自然也是各种各样,但是根据所选用的单元类型可归纳为以下几种计算模型。

1、平面应力问题

平面应力问题即薄板拉压,薄板等厚且厚度与截面尺寸之比小于10,载荷均平行于板面,沿板厚度方向均匀分布,可视为平面应力问题(如受拉的板材)。此种结构可选择Ansys中的平面应力单元Plane182.

2、平面应变问题

模型为等截面体,且长度与截面尺寸之比大于10,载荷垂直于长度方向,且沿长度方向均匀分布,即可视为平面应变问题(如拦河大坝)。此种结构可选用Ansys中的平面应变单元Plane182.

3、薄板弯曲问题

此类结构是以薄壁板壳为主的结构,载荷垂直于板面(如轿车的车身)。此种结构可选用Ansys中的板壳单元shell181.

4、轴对称问题

轴对称结构即通过子午面绕对称轴旋转而成的结构,载荷关于结构对称轴满足轴对称(如筒形压力容器)。此种结构可选用Ansys中的轴对称单元Plane182.

5、杆系结构

杆系结构为主要由槽钢等型钢组成的细长杆结构(长度与截面尺寸之比大于10),如起重机的悬臂架。此种结构可选用Ansys中的桁架单元Link180,或选用梁单元Beam188.

6、板架结构

以大型型钢作为骨架,再覆以钢板而成的结构称为板架结构,如货车的底架。此种结构为板壳单元和梁单元的混合结构,可采用Ansys中的Beam188单元和Shell181单元混合建模。

7、三维实体结构

所有结构形式在无法进行维度降低和简化时,均可以看作三维实体结构,如齿轮、箱体等。可采用Ansys中的三维实体单元Solid85.

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