有限元方法应用举例_熊焕庭幻灯片.pptVIP

实例目录 固 定 端 杆 件 梁 衍架 飞机机翼的振型分析 摩托车车架的有限元模型及其特点 客 车 车 架 结 构 强 度 计 算 分 析 有限元例1 固 定 端 杆 件 受 到 Ｆ1 及 Ｆ2的 力 ， 求 固 定 端 的 作 用 力 。 图 为 所 探 讨 的 工 程 系 统 ， 转 化 后 的 有 限 元 模 型 系 统 ， 其 中 包 含 ４ 个 节 点 、 ３ 个 杆 元 素 。 外 力 负 载 及 约 束 条 件 为 ： （1） 第 二 点 受 外 力 负 载 Ｆ2 （２） 第 三 点 受 外 力 负 载 Ｆ1 （ ３ ） 第 一 点 和 第 四 点 不 产 生 任 何 变 形 （ 约 束 条 件 ） 有限元例2---梁， L=30cm，矩形截面b、h，线性分布载荷,求弯曲变形，应力，支反力. 有限元例3 有限元例4 飞机机翼的振型分析 已造型，选用8节点块单元（Solid 45） 共170个单元，290个节点 靠机身端29个节点作固定端约束（3个位移） 计算前5阶固有频率及振型 有限元例5摩托车车架的有限元模型及其特点 车架是摩托车的主要部件，由多种管材及板材焊结而成，是复杂的空间三维结构。车架作为摩托车的骨架，将发动机、传动系统、悬挂装置、转向装置、车轮等有机连接，构成一整体。车架不仅要承受乘员、发动机及其它部件的重量，在行驶中更要受到各种冲击与振动。因此，车架的静、动强度和刚度是设计中的重要环节。 现代CAE将有限元分析、优化、动态测试分析技术有机结合，在汽车车架的设计中已广泛运用，但在 摩托车车架的设计方面的报导尚不多见。 这以男式125摩托车为例（图1），介绍我们从CAE的全局，对摩托车车架作有限元分析时的一些考虑。 一、车架有限元模型及检验 1、一个较全面的车架有限元模型，要能在其上完成结构静力分析，低阶固有频率和振型分析，路面及发动机激励下的振动分析（各阶振动模态阻尼由模态试验获得），结构静力优化，动力优化等等。不管用何种有限元软件来作，构建一个接近真实的模型都是很费时的。因此，构建模型之初，应该有一个较全面的考虑，应在同一个模型和相同的边界条件下完成所拟定的多种分析。 2、有限元模型是真实结构的力学表述，试验是检验模型与真实结构接近程度的唯一标准。静力试验与动力试验相比，试验易行，试验结果确定性高。有限元建模后往往又是先作静力分析。因此，在建模和工程经验尚不多，把握不大的情况下，宜先按真实结构静应力试验检验并修改模型。获得一个比较好的有限元静力模型后，再进一步充实为可作动力学分析的模型。 3、从我们查寻到的几篇国内摩托车车架有限元强度分析的报导来看，都只简单的取车架骨架建模，不考虑前后减震器和发动机等(发动机极大加强了骨架的刚性)。这样的模型，仅作结构静力分析，边界条件就难接近实际，再作动力分析，就更困难了。 4、我们构建的一个可作静、动力分析的有限元分析模型，将前后减震器，发动机等均放在模型中。实践证明，该模型边界条件比较接近实际，动力分析时也易于引入前后轮轴处实测得到的路面随机激励，可分析前后减震器对车架振动的影响，只要分析软件功能比较完善，在这一个模型上基本可作完静、动力分析所要求的全部工作。 二、 单元及其组合 1、车架骨架由多种管材及板材焊结而成。按在保证预期结果下优先考虑选取维数最低的单元的原则，作为空间三维结构，用三维直管和弯管单元来离散管材，用三节点壳单元离散板材。 2、在管材和板材焊结处，即管壳组合区，按板材离散成壳单元时板材边界上的结点，对应增加管单元的结点，将对应的管单元结点及壳单元结点分别设为主、从结点，形成管壳组合。 3、按前、后减震器的结构特点，一个减震器分别用三段来离散。上下两段可用三维管单元，关键是中段。中段应表述出减震器的弹簧和阻尼，但又能传递弯矩。为此，可用两种方法来构造。若分析软件可释放单元结点自由度，可用弹簧单元和梁单元来组合，但将梁单元结点的轴向线位移和扭转角位移予以释放。或者自己构造一种特殊的三维梁单元，该梁单元扭转刚度取一个很小的值，轴向刚度取减震器的弹性系数。这样组合或构造出的单元，轴向刚度，抗弯刚度均与减震器实际参数吻合，也不传递扭矩。 4、注意到后减震器上端和下端与车架骨架铰接，因此后减震器上端管单元和下端管单元各应释放相应结点的一个转角自由度。 在发动机，后转架与车架骨架的铰接处，均应作释放结点转角自由度处理。 5、与车架骨架相比，发动机可当作一个刚体。发动机在三个不同部位与车架骨架相连，极大加强了骨架该区域的刚性。在发动机质心处取一个质量单元，将该质量单元与相关结点分别刚接。这样设定了车架与发动机相接的几个结点有相同的角位移，均在一个刚体上 三、 载荷及边界条件 车架承受的