基于ANSYS_WorkBench大型整体舱段结构有限元分析.doc

鉴于ANSYSWorkBench大型整体舱段构造有限元剖析 作者：王华侨葛光远黄天曙 纲要：本文利用ANSYSWorkBench协 同优化设计剖析CAE环境，对航天常用 大型薄壁整体铝合金舱段壳体构造的不一样构造设计状态下的静强度、屈曲稳固性和振动模态 进行了比较系统的剖析。并联合实例进行了说明，该整体舱段壳体构造系统剖析结果为舱段壳系统列产品的构造设计与制造工艺可供给较好的参照借鉴作用。 重点词：ANSYS、共同设计、有限元剖析、屈曲稳固性、振动模态、薄壁壳体 序言 ANSYS企业是世界上最有名的CAE企业之一，经过三十年多的发展，已经形成融构造、 热、流体、电磁、声学为一体的大型通用有限元剖析软件， 是航空航天领域新一代最具代表 性的仿真剖析工具，传统构造有限元模拟剖析的基本流程以下列图 1所示。这类应用有限元 剖析程序进行构造的应力剖析的标准过程都是依据设计条件， 用分析计算方法或依据经验值 确立初始构造尺寸，依照该构造尺寸，用有限元程序建模、求解，再对得出的应力、刚度分 析结果进行强度评定。假如评定不合格则依据设计者的经验对初始尺寸进行改正， 而后再次 建模、求解，进行强度评定，这样频频，直至结果评定合格为止。用这类方式存在设计周期 长、需要进行工程试验来填补求解的失散性等方面的不足。 图1构造有限元模拟剖析基本流程 日趋强烈的市场竞争已使工业产品的设计与生产厂家愈来愈清楚地意识到： 能比他人更快地 推出优异的新产品，就能占据更多的市场。为此， CAE方法作为能缩短产品开发周期的得 力工具，被愈来愈屡次地引入了产品的设计与生产的各个环节， 以提升产品的竞争力。应用 鉴于共同构造设计优化法进行构造强度、 刚度剖析设计与过去的标准方法对比， 拥有设计周 期短，设计人职工作工作量小， 构造各部分构造尺寸经过优化方法确立， 有益于防止资料的 浪费等长处。一个典型的CAE 优化过程往常需要经过以下的步骤来达成： 1）参数化建模：利用CAE软件的参数化建模功能把将要参加优化的数据（设计变量）定义为模型参数，为此后软件修正模型供给可能。 2）有限元求解：对构造的参数化模型进行加载与求解 3）结果后办理：把状态变量（拘束条件）和目标函数（优化目标）提拿出来供优化办理器进行优化参数评论。 4）参数优化：优化办理器依据本次循环供给的优化参数（设计变量、状态变量及目标函 数）与上一次循环供给的优化参数作比较以后确立该次循环目标函数能否达到了最小，构造能否达到了最优，假如最优，达成迭代，退出优化循环圈，不然，进行下步。  或许说 5）循环计算：依据已达成的优化循环和目前优化变量的状态修正设计变量，从头投入循环。下列图2是数值优化的过程框图 图2参数优化与敏捷度剖析流程 从以上的过程我们也许已经看到CAE优化过程的某些基本特色，如计算模型的参数化、迭代过程的自动性等。共同设计优化作为优化技术与CAE方法的完满联合的产物，CAE共同优化方法必定有比之更丰富的特色。优化迭代过程往常是以前办理开始，经过建模、分网、加载、求解和后办理，而优化问题往常需要许多的迭代才能收敛。软件拥有一致的数据库是 高效的CAE优化过程的前提，这类一致指的是前后办理数据与求解所用的数据应当在同一 个数据库中，而不是经过数据文件来传达，这必定降低优化过程的效率。优化过程其实是 一个不停自动修正设计参数的过程，所以要想保证优化过程的流利，CAE软件一定拥有完 备高效的参数流程控制技术。流程控制过程中，不只要求将要优化的设计数据能够参数化， 并且要求这类流程控制拥有判断分支与循环的能力以使软件能够自动对付大型问题在优化 过程中出现的各样复杂状况。ANSYSWorkbench在产品构造优化设计方面表现出特别好 的性能，是工程设计技术人员不行缺乏的高效设计工具之一。 大型整体舱段壳体构造的稳固性 铝合金圆筒壳体在均匀轴压下的稳固性问题，已做过大批的理论和试验研究工作，因为经典的小挠度理论计算与试验值相差很大，因此接踵提出了大挠度理论、初始缺点理论和采纳变差系数的统计理论。大挠度理论揭露了轴压失稳的非线性特色，但不可以满意的解说试验值的分别性。初缺点理论固然能够说明试验数据的分别性，但因为初始缺点很难确立，因此缺乏工程应用价值，工程上传统采纳小挠度理论和采纳变差系数相联合的数理统计方法，给出必定置信区间的作为靠谱性设计的依照。 国内早期对常采纳的环向增强筋壳体外压稳固性进行过比较系统的研究， 采纳采纳折服极限 很低的铝合金LF6M和LF3M。小型壳体采纳超硬铝合金资料整体车削加工成型，其构造 性能发生很大的变化，其折服极限提升达 2倍以上，环向增强壳体采纳整体加工成型，初 始缺点小，壳体尺寸精准，这些变化提升了壳体临界外压并同时减少了其分布性。 早期的研 究成就不可以知足工程的需