基于Abaqus的有限元薄壁结构静强度分析方法研究

首先对利用有限元进行结构强度计算的作业流程进行介绍,然后针对薄壁结构在进行有限元静强度计算时采用的不同网格类型和网格尺寸对计算结果准确性的影响进行研究:对同一薄壁结构分别按"六面体单元、四面体单元和壳单元"的形式进行网格划分,分析不同网格类型对计算结果的准确性影响大小;同时,对薄壁结构按同一种网格类型,分别设置不同网格尺寸,分析网格尺寸的大小对计算结果的准确性影响大小。研究结果可为工程实践中薄壁结构的强度计算提供指导。     

KK管节点中表面带裂纹应力强度因子的数值分析及参数研究

提出一种适用于包含表面裂纹的KK节点的有限元网格分区产生方法.这种方法是根据计算精度的需要,把整个KK节点结构划分为几个不同的子区域,其中每个子区域由不同类型的单元和网格密度组成.对KK节点中表面裂纹的模拟采用五种单元,即六面体单元、棱柱单元、四分之一结点的棱柱单元、四面体单元和棱锥单元.采用五种不同类型的单元模拟表面裂纹,可以有效避免裂纹附近单元的过度扭曲,保证计算精度.在提出的有限元模型基础上,采用J积分和位移外推插值两种方法计算KK节点中表面裂纹边缘的应力强度因子值.计算结果发现,两种方法得到的结果非常吻合,从而证明这两种方法在计算KK节点中表面裂纹应力强度因子的可行性.最后,通过对70个KK节点模型的分析计算,研究节点的几何参数以及裂纹形状对应力强度因子的影响.     

扫描电子束表面改性过程温度场的有限元分析

根据热传导理论和扫描电子束焊机的实际工作状态,模拟了扫描电子束表面改性过程的温度分布。采用六面体划分网格和四面体划分网格两种模式,来模拟改性过程的温度变化,并比较了两种模式下的温度分布。结果表明:六面体划分网格和四面体划分网格两种模式下的温度分布基本相似,而采用六面体划分网格的模型的计算效率较高。     

建模方法对锻件热处理有限元模拟结果的影响

采用DEFORM integrated2D3D模块和DEFORM-2D模块分别对锻件的热处理过程进行了三维全模型、1/2模型、1/4模型、1/8模型及轴对称模型的温度场、组织场及应力场的计算。对比结果表明,在相同的计算条件下,由4种四面体网格模型计算得出的应力场结果与测试结果相差较大,六面体网格三维模型计算得出的应力场与轴对称模型计算结果相近且与测试结果相符。综合考虑计算精度和计算效率,对于回转体类零件进行热处理模拟时,推荐采用轴对称模型。     

三维有限元法分析结构因素对曲轴弯曲强度的影响

三维有限元计算是结构强度校核中常用的方法，这里运用三维有限元法定量分析计算了曲轴的主要结构因素对圆角应力状态的影响，在此基础上分析对弯曲强度的影响。在有限元计算过程中采用1／4曲轴结构，及六面体和五面体两种单元类型。     

一种面向3D打印的“弱平衡”轻量化建模方法

随着3D打印的发展,模型的轻量化建模已成为该领域的一个研究热点。提出一种"弱平衡"轻量化建模方案来生成3D打印模型的内部填充结构。该方案能够根据结构分析自动生成内部密度变化的填充。该方法主要包括三个步骤:利用基于截面结构分析的方法来分析模型的应力分布及薄弱部分;利用一种混合的网格偏置技术向内部偏置模型,生成壳体模型。根据模型的应力分布,提出一种改进的泊松圆盘采样技术在偏置模型表面生成连续的密度分布点,在应力大的区域,点的分布密集,而在应力较小的区域,点的分布较稀疏;提出一种"弱平衡"八叉树技术对采样点进行空间划分,利用体心立方结构及Delaunay 3D算法将偏置模型生成四面体网格模型。在该四面体网格模型中,单元四面体的体积从外部到内部渐变,且在物体薄弱部分填充密度较大。这些单元四面体被用来直接生成"框架-结点"结构。所提出的"弱平衡"轻量化方案允许根据应力分析在模型不同的部分生成不同密度的填充,从而取得全局优化的填充。     

铁道车辆焊接结构疲劳强度网格灵敏度与可视化研究

铁道车辆承载结构在服役过程中承受复杂的多轴疲劳载荷,在满足结构功能性要求的前期下,实现承载结构的轻量化设计具有极高的难度。以某铁道车辆转向架构架为研究对象,选取构架疲劳失效的典型部位,分别采用8节点六面体实体单元和10节点四面体实体单元对构架对称区域进行网格划分;基于UIC 615-4、EN 13749、TB/T 2368—2005标准和车辆的实际运行条件,确定构架疲劳强度的计算载荷和载荷工况;根据欧盟关于铁道车辆的标准(ORE B12/RP17)给出的多轴应力转化为单轴应力的方法,分析其疲劳强度;采用C#与Fortran混合编程技术,直接对ANSYS的二进制结果文件进行操作,实现构架疲劳强度分析结果的可视化。分析结果表明:对于薄板焊接结构,在焊缝区域,采用四面体实体单元进行网格划分的节点最大材料利用度是对应节点采用六面体实体单元结果的1.8倍左右。直接对ANSYS的二进制结果文件进行操作,能够显著提高结构疲劳强度分析效率,同时实现疲劳强度分析结果的最大应力、最小应力、平均应力、应力幅、安全系数和材料利用度的可视化,提高了疲劳分析结果的可视性。     

三维四向编织复合材料参数化单胞模型建立及弹性规律数值预测

基于ANSYS参数化设计语言(ANSYS parametric design language,APDL)采用规则六面体单元建立参数化的三维四向编织预制件网格模型。提出增强相单胞网格提取算法,实现三维四向编织复合材料增强相参数化单胞网格模型的提取。在增强相单胞网格提取算法中,针对单胞边界面与单元的相对位置关系归纳出的单元分割情况共有36种,其中六面体14种、三棱柱19种、四面体3种。基于Fortran语言编写单元提取和再重组程序,通过ANSYS代码数据库接口实现Fortran程序与ANSYS软件间高效的数据传递。计算纱线填充因子对三维四向编织复合材料单胞纤维体积分数的影响关系。联合区域叠合技术与增强相单胞网格提取算法,通过施加应力加载的周期性边界条件,预测三维四向编织复合材料的弹性性能,数值预测结果与试验吻合较好,并进一步得出编织角和纤维体积分数对三维四向编织复合材料弹性性能的影响规律。     

复杂机械零件的六面体有限元网格生成方法

为了解决复杂机械零件有限元仿真效率与计算精度难以保证的问题,提出一种面向复杂外形机械零件的全六面体有限元网格生成方法。通过引入有限元网格误差估算理论对关注区域的误差特性及其导致因素进行分析;基于复杂外形机械零件的几何特征与物理特性建立模型关键区域识别准则,并研究模型计算域虚拟规划策略给出其算法及其实施步骤;以模型计算域虚拟规划为基础,提出了六面体网格生成算法与结果网格的质量评价准则。算例应用验证表明,该方法能将复杂机械零件进行全六面体有限元网格划分,生成的结果网格具有关键区域特征表达准确、全局网格分布合理且单元质量高等特点。     

基于应力分布的变密度点阵结构优化设计

文中针对变密度点阵结构设计变量多、优化效率低等问题，提出了一种新的设计方法。通过应力匹配函数将变密度点阵结构的微观尺寸与其应力进行关联，基于六面体网格构建其有限元参数化模型。为减少设计变量数目，以该函数的系数为变量建立变密度点阵结构优化模型，并采用多岛遗传算法对其进行优化计算。优化后的变密度点阵结构其应力结果呈现出很好的等强度效果，重构的几何模型也能应用SLA工艺进行制造，验证了该设计方法的有效性和所设计点阵结构的工艺性。     

基于无网格法的风力发电机塔架门框强度分析

针对风力发电机的塔架门框强度分析中，传统有限元方法建模复杂耗时的问题，提出一种基于无网格法的仿真模型。采用ANSYS和Simsolid软件，分别建立五组机型（3.6～6.25MW）塔架门框的有限元和无网格仿真模型；计算塔架变形、门框极限应力，以及焊缝热点应力，比较两类模型的计算结果。研究结果表明：两类模型计算塔架变形趋势一致，最大位移相对误差0.94%～1.87%；在门框、焊缝极限应力方面，模型的相对误差分别在0.36%～4.63%之间、-0.50%～3.38%之间；无网格法在刚度、应力计算可靠的同时，建模效率显著提高，为塔架门框快速仿真评价提供了一种新的研究思路。     

基于有限元仿真的单元参数对悬臂梁分析结果影响的研究

针对悬臂梁结构进行有限元仿真分析,并进行单元参数化研究。从仿真结果可以看出,有限单元的数量、类型及其密度都会对悬臂梁的分析结果产生影响。分析结果表明,悬臂梁的刚度主要受单元密度的参数控制的影响,而单元类型的变化对悬臂梁最大应力的影响比较明显,同时基于四面体单元建立的悬臂梁刚度明显高于六面体单元的悬臂梁,四面体单元的应力集中最大值也更小。参数化分析揭示了悬臂梁有限元分析单元建立的机理,可为后续悬臂梁的设计、优化提供理论帮助。     

内啮合斜齿轮高精度三维有限元自动建模方法

为提高内啮合斜齿轮有限元接触分析的建模速度和模型精度,提出了一种齿轮高精度三维有限元模型的自动建模方法。基于齿轮插刀齿廓方程,利用齿廓法线法,得到包括齿根过渡曲线的内、外斜齿轮端面齿廓,建立了内、外齿轮参数化粗网格有限元模型。开发了表层六面体网格剖分方法,自动识别齿面接触带单元,进行分级剖分细化,保证了有限元模型的建模精度和网格密度。进行了齿面接触分析,得到了内啮合斜齿轮的弯曲应力、接触应力、接触印痕、传动误差、时变啮合刚度和载荷分配率。粗细网格有限元模型计算结果对比分析表明,该方法提高了内啮合斜齿轮有限元建模效率和计算精度,缩短了计算时间,为快速准确的齿轮接触分析奠定了基础。     

含压电层复合材料结构的静力学行为分析

为克服位移有限元法中求解单元节点应力时不方便引入应力边界条件的缺点,首先根据压电材料的广义最小势能原理,为压电材料结构的静力学分析提出了一种实用的8节点六面体非协调位移元。然后,基于广义H-R变分原理提出了一种计算含压电层复合材料结构广义应力的线性方程组方法,为广义应力边界条件的引入提供了条件,且保证了相邻单元同一节点上应力的连续性,为高精度的数值结果奠定了理论基础。数值结果表明,线性方程组方法得到的广义应力结果的精度高于高斯点应力外推法(Gauss-point Stress Extrapolation Method, GSEM)。     

非结构网格自适应细化的实现与应用

基于非结构网格的有限元法在CAE中有着广泛的应用。网格自适应细化方法利用后验误差估计自动决定局部细化,用较低的计算代价获得较好的计算精度。非结构网格的自适应细化实现相对复杂,同时还要保证网格的质量。基于Z-Z后验误差估计对三角形和四面体网格进行网格自适应细化,给出了具体的实现算法,开发了自适应计算模块,达到了提高计算效率的目的,通过算例表明自适应实现的正确性和可靠性。     

基于子模型法的大型薄壁结构有限元分析

对于大型薄壁结构的有限元计算,一般采用壳单元。但是大量的实例和标准表明,对于结构交叉部位的应力计算精度较低。为对比计算结果,利用Solid186单元和Shell93单元分别建立旋风轴流器实体和壳有限元模型。由计算结果可知,实体和壳单元在喇叭筒体处的最大应力分别为52.3 MPa和47.3 MPa,其应力误差超过10%,而其他部位的应力误差都在5%以内。为提高计算精度,采用壳到实体子模型技术,与实体模型相比,子模型相应部位应力为53.8 MPa,其应力误差在3%以内。所以,对于分析大型薄壁结构,壳到实体子模型技术能够有效解壳单元计算的准确性,提高计算精度,并能节省计算资源和计算时间。     

基于外推法的后副车架焊缝疲劳耐久分析

基于焊缝结构热点应力外推法对后副车架焊缝进行疲劳分析。建立某后副车架有限元模型,根据后副车架总体模型强度分析结果识别关键焊缝位置,再利用ABAQUS子模型技术及国际焊接学会(IIW)外推方法计算焊缝结构热点应力,最后使用MATLAB语言根据《Eurocode 3:part1-9 Fatigue》编写焊缝疲劳计算程序进行损伤计算。计算结果表明:通过外推法计算的焊缝损伤值满足疲劳耐久设计要求。     

具有凹坑损伤的海洋平台桩腿有限元分析

采用有限元分析方法，将具有凹坑损伤的构件分割为三个子单元，分别对各子单元建立单元刚度矩阵，然后使用静凝聚法建立受损构件的等效梁和管单元刚度矩阵的计算方法。为检验方法的正确性，使用该方法对几种损伤构件进行强度计算，并与有限元细化网格计算结果和试验结果进行比较，结果表明，三种结果符合很好。最后，将等效单元计算程序接入Super SAP程序，对受损后的平台整体结构进行应力计算和强度分析。     

基于HyperMesh的网格质量优化分析

有限元分析的精度与网格单元的质量关系密切,一般来说,相同尺寸的结构网格较非结构网格的分析精度要高,但其划分往往受到模型几何形状的限制,而非结构网格的应用则受限于网格质量.为了提高非结构网格的分析精度,通过设定偏斜度等准则,以链轮为模型,运用HyperMesh对非结构网格的质量的定量评估及优化进行研究,再将优化后的非结构网格的分析结果与结构网格相对比,结果表明所设定的网格质量优化体系是合理的,同时结合实际分析网格质量的选取原则.     

动力电池有限元计算过程中的网格控制研究

电动汽车是未来新能源汽车发展的重要方向.动力电池是非常重要的电动汽车核心部件,动力电池承受着一定的约束和载荷,要满足足够的强度和振动特性.动力电池采用有限元分析方法进行模态与静力计算,其网格大小设置为50 mm、15 mm、10 mm、5 mm,结果显示网格尺寸对计算结果有着重要影响.因此,通过对动力电池进行自由模态计算结果来控制全局网格尺寸,通过静强度计算结果来控制局部网格尺寸,结合模态结果与静力计算结果选择全局网格尺寸10 mm,局部细化网格尺寸为1 mm,这样的网格划分得到的结果与5 mm网格尺寸计算结果相差不大,同时该电池包结构满足强度及振动特性.