CAE课程设计--空间薄壁开孔结构有限元分析.doc

CAE课程设计说明书 专业班号学号姓名指导教师摘要 薄壁空间结构，属于空间受力结构，主要承受曲面内的轴向压力，很小 关键词 目 录 第1章 引言 1 第2章 模型处理 2 2.1导入薄壁结构模型 2 2.2提取模型中面 2 2.3修剪角板 3 2.4将角板与薄壁结构的边缘进行关联 3 第3章 划分网格及处理 4 3.1划分网格 4 3.2检查网格 4 第4章 载荷及边界条件 6 4.1创建分布式载荷 6 4.2创建约束 6 第5章 材料及单元属性 7 5.1添加材料属性 7 5.2赋予单元属性 7 第6章 分析计算 8 第7章 总结 9 参考文献 10 第1章 引 言 Patran 是世界上使用最广泛的有限元分析（FEA）前/后处理软件，可为多个解算器提供实体建模、网格划分、分析设置及后处理，其中包括 MSC Nastran、Marc、Abaqus、LS-DYNA、ANSYS 及 Pam-Crash。 Patran 提供了丰富的工具集，能够简化分析模型的创建，可用于线性、非线性、显式动力学、热及其他有限元仿真。Patran 不仅具有使工程师可轻松处理 CAD 中的间隙和裂缝的几何清理工具，还提供了从头创建模型的实体建模工具，使任何人都可以方便地创建有限元模型。Patran可以通过全自动网格划分过程、也能够提供更多控制的手工方法或者这两者的组合，可轻松地在曲面和实体上创建网格。最后，该解决方案内置了用于最流行的有限元解算器的载荷、边界条件及分析设置，能最大限度地减少输入文件的编辑工作。 Patran 的各项功能综合完善、经过行业验证，可确保您在虚拟样机上的工作能够快速获得结果，因此您可根据需求对产品性能进行评估并优化您的设计。 第2章 模型处理 本次课设的目的是空间薄壁开孔结构有限元分析，其中的薄壁结构模型已经提供，故只需导入并进行随后为划分网格之前的一些处理工作即可。 2.1 导入薄壁结构模型 选定所给的xmt文件，将模型导入Patran软件，如图2-1 图2-1 薄壁结构几何模型 2.2 提取模型中面 利用Geometry: Create / Surface /Midsurface命令，提取该薄壁结构的中面，用来代替该结构模型，以便接下来的划分网格等操作。因为该结构为完全对称的薄壁结构，故提取中面操作可行。提取的中面如下，图2-2 图2-2 中面 2.3 修剪角板 利用Geometry: Edit / Surface / Trim命令，对薄壁结构的角板进行修剪，以便接下来操作的方便。最后，将复杂结构的角板全部简化为三角形角板。如图2-3 图2-3 角板修剪后的效果 2.4 将角板与薄壁结构的边缘进行关联 利用Geometry: Associate / Curve / Surface命令，将角板的两条直角边分别于薄壁结构的水平垂直面进行关联。如图2-4 图2-4 角板与薄壁面关联后的效果 划分网格及处理 通过以上对模型的处理，已经可以进入对结构的离散化操作。 3.1 划分网格 利用Elements : Create / Mesh / Surface命令，将结构整体划分为四边形网格。如图3-1 图 3-1 划分四边形网格效果 3.2 检查网格 利用Elements: Verify / Element /Boundaries命令，检查划分网格后，几何模型的边界是否连接在一起，如图，线条皆变为黄色，表示没有问题。如图3-2 图 3-2 检查边界 利用Elements : Equivalence / All / Tolerance Cube消除划分网格造成的重复节点，最终效果，如图3-3 图 3-3 去除重复节点后的效果  载荷及边界条件 4.1 创建分布式载荷 利用Create / CID Distributed Load / Element Uniform命令，对模型施加大小为100，方向为平行y轴的分布力，作用点为四个圆环处。如图4-1 图 4-1 施加分布载荷 4.2 创建约束 利用 Create / Displacement / Nodal命令，选中模型底部的四个洞作为施加点，进行六自由度的约束，如图4-2 图 4-2 约束 材料及单元属性 5.1 添加材料属性 利用Create / Isotropic/ Manual Input命令，添加模型材料铝的属性，如图5-1 图 5-1 铝的材料属性 5.2 赋予单元属性 利用 Create / 2D / Shell命令，赋予四边形单元2D壳网格的属性，并赋予0.125的厚度，如图5-2 图 5-2 壳单元属性 分析计算 当结束以上操作时就可以对模型进行计算。计算工作由NASTRAN软件进行。计算结果云图如下，最大位移为2.92e-3。如图6-1 图