工程結(jié)構(gòu)實(shí)例有限元分析課件

工程結(jié)構(gòu)實(shí)例有限元分析<<航空工程先進(jìn)數(shù)值計(jì)算技術(shù)>>工程結(jié)構(gòu)實(shí)例有限元分析某型機(jī)前機(jī)身結(jié)構(gòu)靜力有限元分析某型機(jī)垂尾翼尖結(jié)構(gòu)有限元靜力分析某型直升機(jī)涵道尾槳有限元?jiǎng)恿Ψ治鯢RP蜂窩結(jié)構(gòu)標(biāo)志底板有限元分析風(fēng)機(jī)塔架的屈曲穩(wěn)定性分析某型機(jī)前機(jī)身結(jié)構(gòu)靜力有限元分析結(jié)構(gòu)簡介某型機(jī)前機(jī)身結(jié)構(gòu)CATIA模型圖某型機(jī)前機(jī)身結(jié)構(gòu)靜力有限元分析前機(jī)身結(jié)構(gòu)傳力路線結(jié)構(gòu)所承受載荷僅考慮氣密壓力載荷作用。從機(jī)身結(jié)構(gòu)總體受力來說，長桁和大梁用來承受機(jī)身彎矩引起的軸力。蒙皮除了承受全部剪力和扭矩外，還要不同程度地承受軸力的作用。普通框的作用是維持機(jī)身外形，支持機(jī)身長桁和蒙皮。加強(qiáng)框除具有普通框的作用外，還要承受飛機(jī)其他部件、組件和設(shè)備等傳來的集中載荷。某型機(jī)前機(jī)身結(jié)構(gòu)靜力有限元分析有限元分析模型的建立根據(jù)如實(shí)地反映結(jié)構(gòu)的幾何形狀、構(gòu)造型式、材料特性、傳力路線、承載方式和邊界條件等因素的基本原則，將前機(jī)身結(jié)構(gòu)離散化為一個(gè)有限元分析模型。由于氣密艙段形狀不規(guī)則，其外形切面由圓弧、雙曲線甚至平直線組成，加上由于結(jié)構(gòu)布置上的需要，天窗骨架前部左右各有一個(gè)駕駛員彈射救生拋蓋開口，天窗骨架后部有一個(gè)操作員彈射救生拋蓋開口，艙段左側(cè)新開有登機(jī)門開口，形成一個(gè)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的氣密艙段。在氣密載荷作用下，蒙皮不僅受剪應(yīng)力，還受彎曲應(yīng)力；長桁和框不僅受拉伸，還受彎曲。將蒙皮和隔框腹板等簡化為殼單元，長桁、框緣及縱橫加筋等簡化為空間梁元。對駕駛員拋蓋及操作員拋蓋的定位支座與掛鉤的連接采用多點(diǎn)約束(MPC單元)來模擬，二維殼單元向一維梁單元的過渡通過MPC單元模擬。某型機(jī)前機(jī)身結(jié)構(gòu)靜力有限元分析某型機(jī)前機(jī)身結(jié)構(gòu)總體有限元分析模型某型機(jī)前機(jī)身結(jié)構(gòu)靜力有限元分析某型機(jī)前機(jī)身結(jié)構(gòu)靜力有限元分析總體應(yīng)力計(jì)算及分析對于前機(jī)身的前風(fēng)擋玻璃，觀測窗以及12框堵蓋部位，在受力時(shí)并不傳遞彎矩，因此不能將這些部位與整體模型固連，應(yīng)該簡支連接。因此，有限元模型中不能在此處消去重復(fù)節(jié)點(diǎn)?？梢詫⑶帮L(fēng)擋玻璃、觀測窗以及12框堵蓋邊沿節(jié)點(diǎn)簡支，并在面單元上施加0.04MPa的氣密載荷，計(jì)算出這些部位周邊節(jié)點(diǎn)的約反力再將其反加到總體模型的前風(fēng)擋玻璃框、觀測窗框及12框堵蓋口邊節(jié)點(diǎn)上。因此，總體應(yīng)力分析時(shí)便可只分析除去前風(fēng)擋玻璃、觀測窗及12框堵蓋的整體模型便可。某型機(jī)前機(jī)身結(jié)構(gòu)靜力有限元分析某型機(jī)前機(jī)身結(jié)構(gòu)靜力有限元分析某型機(jī)垂尾翼尖結(jié)構(gòu)有限元靜力分析結(jié)構(gòu)簡介某型機(jī)垂尾翼尖設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如下圖所示。某型機(jī)垂尾翼尖結(jié)構(gòu)有限元靜力分析垂尾翼尖的所有結(jié)構(gòu)件均采用玻璃鋼結(jié)構(gòu)，由預(yù)浸料鋪設(shè)而成，單層厚度為0.25mm，單層材料的力學(xué)性能數(shù)據(jù)如下表所示。某型機(jī)垂尾翼尖結(jié)構(gòu)有限元靜力分析垂尾翼尖結(jié)構(gòu)的有限元模型的建立根據(jù)如實(shí)地反映結(jié)構(gòu)的幾何形狀、構(gòu)造型式、材料特性、傳力路線、承載方式和邊界條件等因素的基本原則，將垂尾翼尖結(jié)構(gòu)離散化為一個(gè)有限元分析模型。由于垂尾翼尖結(jié)構(gòu)為由蒙皮、前后梁、多隔板和天線罩組成的全復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，因而將它們均用層合殼單元來離散。垂尾翼尖有限元模型共包括層合殼單元1684個(gè)，節(jié)點(diǎn)1459個(gè)。垂尾翼尖結(jié)構(gòu)蒙皮有限元模型如下圖所示。某型機(jī)垂尾翼尖結(jié)構(gòu)有限元靜力分析某型機(jī)垂尾翼尖結(jié)構(gòu)有限元模型某型機(jī)垂尾翼尖結(jié)構(gòu)有限元靜力分析載荷工況考慮某型機(jī)在某飛行狀態(tài)下，垂尾翼尖結(jié)構(gòu)受到氣動(dòng)載荷作用，如下圖所示。飛行狀態(tài)下的氣動(dòng)力分布某型機(jī)垂尾翼尖結(jié)構(gòu)有限元靜力分析有限元靜力分析結(jié)果垂尾位移云圖垂尾翼尖結(jié)構(gòu)第1鋪層最大失效指標(biāo)分布某型直升機(jī)涵道尾槳有限元?jiǎng)恿Ψ治鼋Y(jié)構(gòu)簡述某型直升機(jī)涵道尾槳葉片結(jié)構(gòu)實(shí)體和翼型如下圖所示。槳葉翼型圖某型直升機(jī)涵道尾槳葉片結(jié)構(gòu)某型直升機(jī)涵道尾槳有限元?jiǎng)恿Ψ治瞿承椭鄙龣C(jī)涵道尾槳有限元?jiǎng)恿Ψ治鲇邢拊Ｐ偷慕⒏鶕?jù)如實(shí)地反映結(jié)構(gòu)的幾何形狀、構(gòu)造型式、材料特性、傳力路線、承載方式和邊界條件等因素的基本原則，將涵道尾槳葉片結(jié)構(gòu)離散化為一個(gè)有限元分析模型。對于此槳葉分析共采用三種單元類型，蒙皮采用層合結(jié)構(gòu)殼單元Shell99，葉梁、泡沫塊、碳條及葉根布采用10節(jié)點(diǎn)三維結(jié)構(gòu)體單元Solid92及20節(jié)點(diǎn)三維結(jié)構(gòu)體單元Solid95。其單元幾何形狀如下圖所示。某型直升機(jī)涵道尾槳有限元?jiǎng)恿Ψ治鯯olid92Shell99Solid95某型直升機(jī)涵道尾槳有限元?jiǎng)恿Ψ治瞿承椭鄙龣C(jī)涵道尾槳有限元?jiǎng)恿Ψ治鰳~振動(dòng)的共振圖揮舞共振圖扭轉(zhuǎn)共振圖FRP蜂窩結(jié)構(gòu)標(biāo)志底板有限元分析結(jié)構(gòu)簡介某FRP蜂窩結(jié)構(gòu)標(biāo)志示意圖和標(biāo)志底板結(jié)構(gòu)三維圖如下圖所示。FRP蜂窩結(jié)構(gòu)標(biāo)志底板有限元分析

FRP蜂窩結(jié)構(gòu)標(biāo)志底板為蜂窩夾層結(jié)構(gòu)，底板尺寸為，上下面板為玻璃鋼材料，厚度均為1mm；芯層為鋁蜂窩，厚度為23mm；底板內(nèi)預(yù)埋有兩金屬型材料，截面為空心矩形，寬度為70mm，壁厚為3mm，長度為1m；用以固定外面的鋁滑槽，長度為600mm，其三維結(jié)構(gòu)如下圖所示，鉚釘直徑為5mm。FRP蜂窩結(jié)構(gòu)標(biāo)志底板有限元分析有限元分析模型的建立FRP蜂窩結(jié)構(gòu)標(biāo)志底板有限元分析FRP蜂窩結(jié)構(gòu)標(biāo)志底板有限元分析根據(jù)如實(shí)地反映結(jié)構(gòu)的幾何形狀、構(gòu)造型式、材料特性、承載情況和邊界條件等因素的原則，將FRP蜂窩結(jié)構(gòu)標(biāo)志底板結(jié)構(gòu)離散化為一個(gè)有限元分析模型。考慮到結(jié)構(gòu)、承受載荷、邊界條件的對稱性，只建立如圖13.14所示的1/4模型進(jìn)行計(jì)算分析?；鄹浇Ｐ头糯髨D如圖13.15。其中在預(yù)埋件附近的模型包括預(yù)埋件、鋁滑槽、鉚釘均采用三維體單元（PSOLID），預(yù)埋件以外部分模型均采用二維復(fù)合材料殼單元（PCOMP），三維單元向二維單元的過渡區(qū)采用MPC（RBE3）單元來連接。FRP蜂窩結(jié)構(gòu)標(biāo)志底板有限元分析1/4有限元分析模型圖滑槽附近模型放大圖FRP蜂窩結(jié)構(gòu)標(biāo)志底板有限元分析載荷及邊界條件結(jié)構(gòu)受風(fēng)壓載荷作用，基本風(fēng)壓大小為，動(dòng)載系數(shù)取為1.4，則實(shí)際加載風(fēng)壓為，其最不利情況為風(fēng)壓加在面板背面，且風(fēng)向與面板垂直。FRP蜂窩結(jié)構(gòu)標(biāo)志底板有限元分析在邊界條件的處理上，在對稱邊上采用對稱邊界條件?？紤]到立柱與螺栓足夠牢固并視其不變形，在鋁滑槽的擋塊處加固定約束。FRP蜂窩結(jié)構(gòu)標(biāo)志底板有限元分析有限元計(jì)算結(jié)果根據(jù)FRP蜂窩結(jié)構(gòu)標(biāo)志底板結(jié)構(gòu)的傳力情況，蜂窩夾層板、鋁滑槽、鉚釘及擋塊之間均為接觸傳力而并非為完全固連，因而此問題屬于接觸問題，需進(jìn)行接觸分析計(jì)算。從力學(xué)分析角度看，接觸是邊界條件高度非線性的復(fù)雜問題，需要準(zhǔn)確追蹤接觸前多個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)，以及追蹤接觸發(fā)生后這些物體之間的相互作用。接觸問題模擬計(jì)算的一般目的是為了確定接觸面積及計(jì)算所產(chǎn)生的接觸壓力。采用軟件中的接觸分析求解器進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算。FRP蜂窩結(jié)構(gòu)標(biāo)志底板有限元分析FRP蜂窩結(jié)構(gòu)標(biāo)志底板結(jié)構(gòu)的應(yīng)力云圖預(yù)埋件應(yīng)力分布云圖FRP蜂窩結(jié)