第10章　板殼結(jié)構(gòu)分析

朽木易折，金石可鏤。千里之行，始于足下。第頁(yè)/共頁(yè)第10章板殼結(jié)構(gòu)分析AnalysisofPlatesandShells當(dāng)一個(gè)3D實(shí)體結(jié)構(gòu)的厚度不大（相對(duì)於長(zhǎng)寬尺寸），而且變形是以翹曲為主時(shí)（亦即out-of-plane的變形），這種結(jié)構(gòu)稱為板殼結(jié)構(gòu)（platesandshells），此時(shí)我們可以用板殼元素（shellelement）來model這個(gè)問題。用shell元素（而不用solid元素）來model板殼結(jié)構(gòu)主要的優(yōu)點(diǎn)就是節(jié)省計(jì)算時(shí)間，並且增強(qiáng)解答精度。這章首先在第1節(jié)介紹SHELL63元素，這是ANSYS的古典板殼元素。注重，雖然SHELL63是2D的幾何形狀，但是它是佈置在3D的空間中，所以板殼結(jié)構(gòu)分析是3D的問題而不是2D的問題。我們用兩個(gè)實(shí)例來說明SHELL63的應(yīng)用，在第2節(jié)中分析了一個(gè)簡(jiǎn)單的C型斷面的懸臂樑，我們要用板殼元素來model整個(gè)結(jié)構(gòu)。在第3節(jié)中則去模擬一個(gè)空氣氣囊的充氣過程，我們將用板殼元素來model它的薄膜行為。第4節(jié)裡我們會(huì)介紹其它的板殼元素，但是大部分都是作為結(jié)構(gòu)分析用的板殼元素。本章在第5節(jié)還是以一個(gè)簡(jiǎn)單的練習(xí)題作為結(jié)束。板殼元素的特色是彎曲通常主宰其行為，譬如其應(yīng)力通常大部份來自於彎曲應(yīng)力，就宛若樑結(jié)構(gòu)一樣。事實(shí)上，板殼元素和樑結(jié)構(gòu)異常相似，主要的差異在於板殼元素承受雙向彎曲，而樑元素惟獨(dú)單向的彎曲。誘導(dǎo)板殼元素的過程也和樑元素異常相似。當(dāng)一片薄板承受彎曲時(shí)，原來是平面的一個(gè)斷面，彎曲後還是假設(shè)維持一個(gè)平面，換句話說，剪力變形假設(shè)可以忽略的。注重，當(dāng)你使用實(shí)體元素（如SOLID45）時(shí)，並沒有這種「平面維持平面」的假設(shè)。朽木易折，金石可鏤。千里之行，始于足下。第頁(yè)/共頁(yè)第10.1節(jié)SHELL63：板殼結(jié)構(gòu)元素SHELL63:StructuralShellElement10.1.1SHELL63元素描述Figure10-1SHELL63ElementSHELL63稱為elasticshell，因?yàn)樗恢г€性彈性的材料模式；ANSYS另有其他shell元素可以支援更廣泛的材料模式[Sec.10.4]。SHELL63有4個(gè)節(jié)點(diǎn)（I,J,K,L），每個(gè)節(jié)點(diǎn)有6個(gè)自由度：3個(gè)位移（UX,UY,UZ）及3個(gè)轉(zhuǎn)角（ROTX,ROTY,ROTZ），所以一個(gè)元素共有24個(gè)自由度。若K、L兩個(gè)節(jié)點(diǎn)重疊在一起時(shí)，它就退化成一個(gè)三角形，如Figure10-1右圖所示。I-J-K-L四個(gè)節(jié)點(diǎn)假設(shè)是共平面，若不共平面則以一最臨近的平面來「修正」這四個(gè)節(jié)點(diǎn)。注重，這種「修正」當(dāng)然會(huì)引進(jìn)一些誤差，所以對(duì)那種曲率很大的板殼結(jié)構(gòu)而言，必須使用較細(xì)的元素。SHELL63的元素座標(biāo)系統(tǒng)表示在Figure10-1中，原點(diǎn)是在I節(jié)點(diǎn)上，X軸和I-J邊可以有一角度差（THETA，可以透過R命令輸入），X-Y平面是在I-J-K-L四個(gè)節(jié)點(diǎn)所定義的平面上，Z軸則由右手規(guī)則依I-J-K-L順序決定。你倘若要指定surfaceforce時(shí)，你可以參照6個(gè)面，其編號(hào)如圖所示，作用在第1、2面的力稱為out-of-planeforce，作用在第3、4、5、6面（邊）的力稱為in-planeforce。當(dāng)你指定壓力作用在第1個(gè)面時(shí)，能力是從下面往上（+Z方向），若是壓力作用在第2個(gè)面則是由上面往下（-Z方向）。注重，SHELL63是解3D結(jié)構(gòu)的元素，PLANE42是解2D結(jié)構(gòu)的元素。使用PLANE42等元素時(shí)，不允許有任何的out-of-plane的負(fù)載。倘若有out-of-plane的負(fù)載時(shí)，請(qǐng)使用板殼元素。10.1.2SHELL63輸入資料ElementNameSHELL63NodesI,J,K,LDegreesofFreedomUX,UY,UZ,ROTX,ROTY,ROTZRealConstantsTK(I),TK(J),TK(K),TK(L),EFS,THETA,RMI,CTOP,CBOT,etc.MaterialPropertiesEX,NUXY,GXY,ALPX,DENS,DAMP,etc.SurfaceLoadsPressure

face1,face2,face3,face4,face5,face6BodyLoadsTemperature--T(1),T(2),T(3),T(4),T(5),T(6),T(7),T(8)SpecialFeaturesStressstiffening,Largedeflection,etc.KEYOPT(1)0--Bendingandmembranestiffness

1--Membranestiffnessonly

2--BendingstiffnessonlyKEYOPT(3)KeyforinclusionofextradisplacementshapesKEYOPT(5)Keyforelementsolutionetc.Figure10-2SHELL63InputSummaryRealConstantsSHELL63的輸入資料摘要在Figure10-2中。Realconstants看起來好似很複雜，但大部分的情況下你只需輸入第一個(gè)資料：TK(I)，板殼的厚度。須要的話，你可以分別輸入四個(gè)節(jié)點(diǎn)的厚度：TK(I)、TK(J)、TK(K)、TK(L)。EFS讀成elasticfoundationstiffness；當(dāng)板殼結(jié)構(gòu)置放在彈性基礎(chǔ)上時(shí)，你可以輸入此彈性基礎(chǔ)的stiffness（SI單位是N/m）。譬如一塊混擬土平板結(jié)構(gòu)置放於土壤地面上時(shí)，則此地面對(duì)於這個(gè)平板而言可以視為彈性基礎(chǔ)。THETA是剛才提到過，定義元素座標(biāo)系統(tǒng)X軸的角度。RMI讀成ratioofmomentofinertia（轉(zhuǎn)動(dòng)慣動(dòng)比），是單位斷面的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與TK(I)3/12的比，大部分的時(shí)候採(cǎi)用預(yù)設(shè)值（1.0）即可，可是對(duì)於非矩形斷面或非均勻的複合材料（譬如三明治板）時(shí)，你可以透過這個(gè)比值去修訂。CTOP,CBOT這是指中性軸（neutralaxis）到板殼上表面及到下表面的矩離，預(yù)設(shè)值是TK(I)/2。最後一個(gè)realconstant是ADMSUA，讀成additionalmassperunitarea，倘若板殼上面有附加的質(zhì)量（但是沒有結(jié)構(gòu)功能），可以在這裡輸入。注重，ADMSUA惟獨(dú)動(dòng)力分析或計(jì)算慣性力時(shí)會(huì)用到。KeyOptionsKEYOPT(1)是用來修改勁度（stiffness）的計(jì)算方式，當(dāng)KEYOPT(1)=1時(shí)，忽略所有彎曲變形，只考慮in-plane的變形，所以又稱為「薄膜」（membrane）元素。相反的，當(dāng)KEYOPT(1)=2時(shí)，則忽略所有in-plane變形，只考慮彎曲變形。預(yù)設(shè)的KEYOPT(1)=0則兩者都計(jì)算在內(nèi)。10.1.3SHELL63輸出資料SHELL63應(yīng)力的輸出如Figure10-3所示。板殼的應(yīng)力是由彎曲應(yīng)力（bendingstress）和in-plane的應(yīng)力疊加的結(jié)果，其中彎曲應(yīng)力是沿著厚度方向成線性變化，所以板殼元素的輸出應(yīng)力在沿著厚度方向每一處都不相同，你必須以SHELL命令來指定要輸出的應(yīng)力位置（上層、下層、或中性軸位置，預(yù)設(shè)是上層，即逼近+Z方向的那一面）。此外板殼元素通常也都會(huì)輸出bendingmoments。Moments的方向常常會(huì)造成混淆，因?yàn)椴煌慕炭茣胁煌谋硎痉绞?。以下來介紹ANSYS對(duì)於bendingmoments的表示方式。在某一特定點(diǎn)，ANSYS會(huì)輸出MX、MY、MXY（SI單位是N-m/m，亦即Moment/Length），其中X或Y是參照元素座標(biāo)系統(tǒng)，如Figure10-3所示。所謂的MX是指X面（法線方向在X方向上的面）上的moment，MY是指Y面（法線方向在Y方向上的面）上的moment，而MXY是作用在X面上而向著Y方向（或作用在Y面上而向著X方向）的twistingmoment。其他輸出資料請(qǐng)參考元素說明[Ref.6,Table63.2.SHELL63ElementOutputDefinitions]。Figure10-3SHELL63StressesandBendingMoments朽木易折，金石可鏤。千里之行，始于足下。第頁(yè)/共頁(yè)第10.2節(jié)實(shí)例：C形斷面懸臂梁Example:ChannelSectionCantileverBeam10.2.1問題描述Figure10-4ChannelSectionCantileverBeamFigure10-4是一根長(zhǎng)36in端點(diǎn)受2400lb垂直力的懸臂梁，其斷面規(guī)格是C6X8.2型鋼，C代表channel斷面，6代表斷面的高度，8.2代表每英呎長(zhǎng)的分量（單位lb）。其他資料可以經(jīng)由任何鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)或機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查到，以下就是從手冊(cè)中查到的標(biāo)準(zhǔn)型鋼C6X8.2的資料[Ref.30,Page213]：總深度d=6.0in，flange總寬度bf=1.92in，腰厚tw=0.20in，flange厚度tf=5/16in。我們希翼知道懸臂梁受力後的應(yīng)力及變位，包括端點(diǎn)的扭曲程度。本實(shí)例取材自Ref.22,Sec.9.7.Casestudies。10.2.2ANSYSProcedureProcedure10-1ChannelSectionCantileverBeam0102030405060708091011121314151617181920212223242526272829303132333435363738394041424344454647484950515253545556575859606162636465FINISH/CLEAR

/TITLE,C6X8.2SectionCantileverBeam

/UNITS,BIN

D

=6

!Depth

BF=1.92

!Flangewidth

TW=0.2

!Thicknessofweb

TF=0.3125

!Thicknessofflange

L

=36

!Length

E

=30E6

!Young'smodulus

NU=0.3

!Poisson'sRatio

P

=2400

!Load

SZ=1.2

!Elementsize

/PREP7

ET,1,SHELL63

MP,EX,1,E

MP,NUXY,1,NU

R,1,TW

R,2,TF

/VIEW,,1,2,3

K,1,0,0,BF

K,2,0,0,0

K,3,0,D,0

K,4,0,D,BF

K,5,L,0,BF

K,6,L,0,0

K,7,L,D,0

K,8,L,D,BF

A,1,2,6,5

A,2,3,7,6

A,4,3,7,8

ESIZE,SZ

MSHAPE,0,2D

MSHKEY,1

REAL,1

AMESH,2

REAL,2

AMESH,1,3,2

FINISH/SOLU

NSEL,S,LOC,X,0

D,ALL,ALL,0

ALLSEL

ND=NODE(L,D,BF)

F,ND,FY,-P

/PBC,ALL,,ON

EPLOT

SOLVE

FINISH/POST1

PLDISP,2

PLNSOL,S,X

/VIEW,,1,0,0

PLDISP,2從第6到14行是設(shè)定參數(shù)的值，它們都有適當(dāng)?shù)脑]解，在此不再解釋。進(jìn)入/PREP7（第16行）後，第18行建立ETtable，使用SHELL63。第21、22行建立Rtable，使用兩種厚度的SHELL63：TW是腰部的厚度，TF是flange的厚度。第25至36行建立實(shí)體模型；注重，此實(shí)體模型是由areas構(gòu)成（而非volumes），板殼元素必須在areas上進(jìn)行網(wǎng)格切割而產(chǎn)生。第37至43行對(duì)這些areas進(jìn)行網(wǎng)格切割，產(chǎn)生SHELL63元素，其中腰部和flange指定不同的realconstants（厚度）。第48、49行是將左端固定。第51、52行是作用一個(gè)擴(kuò)散載重在自由端點(diǎn)，其中ND代表自由端點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)編號(hào)。第54行（EPLOT）將含邊界條件的分析模型畫出，如Figure10-4所示。進(jìn)入/POST1（第59行）後，第61行（PLDISP）將變位圖畫出，如Figure10-5所示，最大的變位將近1in，發(fā)生在擴(kuò)散載重的地方。第62行（PLNSOL）將bendingstress畫出來，如Figure10-6所示，最大的應(yīng)力發(fā)生在固定端。從Figure10-5可以看出在自由端處有一些扭角，我們想知道這個(gè)扭角有多大。第64行（/VIEW）調(diào)整一下視角，第65行（PLDISP）將變位圖畫出來，就可以看到自由端扭角了，如Figure10-7所示。倘若你想要更精確的數(shù)值資料，可以將變位印出來（使用PRNSOL），再計(jì)算其扭角。Figure10-5DeformationFigure10-6BendingStressesFigure10-7TwistingoftheCantilevelBeam朽木易折，金石可鏤。千里之行，始于足下。第頁(yè)/共頁(yè)第10.3節(jié)實(shí)例：氣囊之充氣模擬Example:InflationofanAirbag10.3.1問題描述Figure10-8InflationofanAirbag本例子取自Ref.31。這個(gè)例子是模擬一個(gè)塑膠薄膜做的氣囊的迅速充氣過程。這個(gè)氣囊事實(shí)上是作為新型的汽車安全氣囊用的，殘破的模擬過程有點(diǎn)複雜。Figure10-8是使用LS-DYNAexplicitdynamics模擬的結(jié)果。在本節(jié)中，我們先將問題作無數(shù)的簡(jiǎn)化，並使用ANSYSimplicitdynamics來分析。Figure10-8的氣囊，我們假設(shè)是由兩片徹低一樣的圓形塑膠薄膜，沿著圓周縫合起來的。圓形的塑膠薄膜直徑是50cm，材料假設(shè)是普通塑膠袋用的聚乙烯（PE，E=2GPa，=0.4），厚度假設(shè)是2.5mm（太薄的話會(huì)有計(jì)算上的困難）。充氣的條件是在0.1sec內(nèi)充滿到0.5atm（約50KPa）的壓力。10.3.2ANSYSProcedureProcedure10-2InflationofanAirbag01020304050607080910111213141516171819202122232425262728293031323334353637383940414243444546474849505152535455565758596061626364656667686970717273747576777879808182838485868788FINISH

/CLEAR

/TITLE,InflationofAirBag

/UNITS,SI

RO=1000

!Massdensity

E

=2E9

!Young'sModulus

NU=0.4

!Poisson'sRatio

T

=0.0025

!Thickness

R

=0.25

!Radiusofairbag

P

=0.5E5

!Pressure

DV=20

!Numberofdivisions

TM=0.1

!Inflationtime

DT=0.001

!Integrationtimestep

/PREP7

ET,1,SHELL63

MP,EX,1,E

MP,NUXY,1,NU

MP,DENS,1,RO

R,1,T

CSYS,1

PCIRC,R,,0,30

LESIZE,1,0.005

LESIZE,2,,,20,5

LESIZE,3,,,20,1/5

MSHAPE,0,2D

MSHKEY,0

AMESH,ALL

NROTAT,ALL

CNODE=NODE(0,0,0)

ENODE=NODE(R,0,0)

FINISH/SOLU

NSEL,S,LOC,Y,0

NSEL,A,LOC,Y,30

DSYM,SYMM,Y,1

NSEL,S,LOC,X,R

D,ALL,UZ,0

D,ALL,ROTX,0

ALLSEL

SFE,ALL,1,PRES,,P

ANTYPE,TRANS

NLGEOM,ON

SSTIF,ON

KBC,0

TIME,TM

DELTIM,DT

OUTRES,NSOL,ALL

SOLVE

TIME,1

DELTIM,0.01

SOLVE

FINISH/POST1

SET,LAST

/VIEW,,1,-90,0

/VUP,,Z

PLDISP,2

/VIEW,,0,0,1

/VUP,,Y

PLDISP,2

SHELL,MID

RSYS,1

PLNSOL,S,X

PLNSOL,S,Y

FINISH/POST26

NSOL,2,CNODE,U,Z

PLVAR,2

NSOL,3,ENODE,U,X

PLVAR,3我們決定將此氣囊model成Figure10-9的樣子，我們只建立涵蓋30度角的扇形區(qū)域，並利用3個(gè)對(duì)稱面：=0o、=30o、及Z=0（圓柱座標(biāo)系統(tǒng)）。我們將使用SI單位。充氣過程需要0.1sec，也就是氣囊的壓力從0增強(qiáng)到0.5atm需要0.1sec，但是我們還是計(jì)算到1sec為止，以觀察後續(xù)的動(dòng)態(tài)行為。0.1sec的充氣過程我們將它分成100個(gè)積分時(shí)間點(diǎn)（意即100個(gè)substeps），其餘0.9sec也分成100個(gè)積分時(shí)間點(diǎn)。從第6到14行是設(shè)定參數(shù)的值，它們都有適當(dāng)?shù)脑]解，在此不再解釋。第24至33行是建立分析模型；注重，我們用的是圓柱座標(biāo)系統(tǒng)（第24行），並且將NodalCS轉(zhuǎn)至平行於此圓柱座標(biāo)系統(tǒng)（第33行）。第34、35行中，CNODE與ENODE分別是薄膜中央點(diǎn)與邊緣某一點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)編號(hào)，我們將追蹤這兩點(diǎn)的變位反應(yīng)；我們關(guān)心CNODE的Z方向變位，及ENODE的徑向變位。Figure10-9第40至42行是指定=0o及=30o兩個(gè)對(duì)稱面。第44至46行則是指定Z=0為對(duì)稱面。以下我們解釋一下第42行和第45、46行的不同之處。第42行是指定一個(gè)平面為對(duì)稱面，對(duì)SHELL63而言，相當(dāng)於固定住UZ、ROTX、及ROTY三個(gè)自由度（意即out-of-planetranslation及in-planerotations）[Ref.3,Sec.4.12；Ref.5,DSYM]。在第45、46行中，我們並沒有固定住ROTY的自由度，意即讓此自由度自由變位（轉(zhuǎn)動(dòng)），如此較符合兩片薄膜係「縫合」的實(shí)際情況。事實(shí)上，我們發(fā)現(xiàn)若固定ROTY的話，模擬出來的樣子會(huì)脫離真實(shí)情況。第49行（SFE）指定0.5atm的壓力在所有板殼元素的第1個(gè)面上。第51行（ANTYPE）是指定暫態(tài)分析。第15行（NLGEOM）是考慮幾何非線性，因?yàn)檫@個(gè)問題的變位量是很大的。第53行（SSTIF）是考慮stressstiffening的效應(yīng)[Ref.7,Sec.3.3.StressStiffening]，因?yàn)楸∧つ軌蛉菁{高壓氣體主要是靠薄膜方向的張力所造成的側(cè)向剛度。第54行（KBC）是將負(fù)載視為rampedload（意即從0到0.5atm依直線增強(qiáng)）。第56行（TIME）是指定第一個(gè)loadstep結(jié)束時(shí)是0.1sec。第57行（DELTIM）是指定每一積分時(shí)間點(diǎn)間距是0.001sec。第58行（OUTRES）是在Jobname.RST檔中只儲(chǔ)存節(jié)點(diǎn)的數(shù)值解（以節(jié)省磁碟存取空間及時(shí)間），但是每一時(shí)間點(diǎn)的解都要儲(chǔ)存。第59行（SOLVE）是解第一個(gè)loadstep。第61至63行是解第二個(gè)loadstep。我們沒有改變?nèi)魏呜?fù)載的值，表示在第二個(gè)loadstep中，負(fù)載維持不變（意即保持0.5atm的壓力）。第61行（TIME）是指定第二個(gè)loadstep結(jié)束時(shí)是1sec。第62行（DELTIM）是指定每一積分時(shí)間點(diǎn)間距改為0.01sec。第63行（SOLVE）是解第二個(gè)loadstep。注重，沒有變更的參數(shù)表示維持不變，譬如第52、53、54、58行的設(shè)定在第二個(gè)loadstep中依然有效。Figure10-10MaximalDeformationinHeightDirectionFigure10-11MaximalDeformationinRadialDirection這個(gè)問題可能需要花一點(diǎn)時(shí)間來計(jì)算。解完以後我們進(jìn)入/POST1（第66行）。準(zhǔn)備進(jìn)行後處理。第68行（SET）先去讀最後一組的解（意即時(shí)間是1sec時(shí)的反應(yīng)），然後將視角改成向著X-Z平面（第69、70行），以觀察薄膜高度的變化。第71行（PLDISP）把變位畫出來，如Figure10-10所示。最大的高度變化大概有5cm，對(duì)一個(gè)半徑是25cm的結(jié)構(gòu)而言，這算是很大的變形了。第73、74行將視角改回向著X-Y平面，以觀察薄膜徑向的尺度變化。第75行（PLDISP）把變位畫出來，如Figure10-11所示，你可以看到薄膜的直徑往內(nèi)收縮。接下來我們來觀察薄膜的應(yīng)力。第77行（SHELL）是指定要觀察中間層的應(yīng)力。對(duì)這個(gè)問題而言，因?yàn)楹穸群苄。瑥澢男?yīng)不大，所以上、中、下層之間應(yīng)力的差異不大。ResultCS採(cǎi)用圓柱座標(biāo)系統(tǒng)（第78行）。第79、80行（PLNSOL）分別畫出radialstress（Figure10-12）及hoopstress（Figure10-13）。Figure10-12RadialStressFigure10-13HoopStress接下來我們來觀察氣囊的動(dòng)態(tài)反應(yīng)。我們選擇薄膜中間的點(diǎn)（CNODE）的Z方向的變位，及薄膜外緣的某一點(diǎn)（ENODE）的R方向的變位為觀察的重點(diǎn)。第86、88行（PLVAR）分別畫出這兩個(gè)點(diǎn)的變位圖，分別如Figure10-14及Figure10-15所示，其中橫軸是時(shí)間，縱軸分別是CNODE的Z方向變位及ENODE的R方向變位。Figure10-14Z-displacementfortheCenterPointFigure10-15RedialDisplacementsfortheEdgePoint10.3.3SimulationResultsUsingLS-DYNA本節(jié)分析的問題是一個(gè)過分簡(jiǎn)化的示範(fàn)問題，應(yīng)力大小並不切實(shí)際，但是還是有一些行為值得討論。Figure10-12中，radialstress最大高達(dá)12MPa，最小是臨近0。Figure10-13中，hoopstress在最外緣處會(huì)有最大應(yīng)力，而且是壓力！倘若此一氣囊是鋼鐵做的，外緣會(huì)有很大壓應(yīng)力是合理的，因?yàn)橥饩壌_實(shí)往內(nèi)收縮，擠壓的結(jié)果當(dāng)然有壓力產(chǎn)生。但是本例子的氣囊是塑膠薄膜做的，無法承受壓力，一有壓力就會(huì)挫曲，該外緣的應(yīng)力會(huì)出現(xiàn)（應(yīng)力會(huì)重新分配）。我們的模型沒有考慮塑膠薄膜的挫曲現(xiàn)象，模擬的結(jié)果幾乎不具任何意義。事實(shí)上，F(xiàn)igure10-8是以LS-DYNA模擬的結(jié)果，你可以看到這個(gè)模擬的結(jié)果要臨近實(shí)際的多，主要是塑膠薄膜外緣的皺折現(xiàn)象異常清晰地呈現(xiàn)在。LS-DYNA並不在本章的討論之內(nèi)，我們只是將其模擬結(jié)果在此呈現(xiàn)。我們來說明一下這個(gè)安全氣曩的背景。傳統(tǒng)汽車用的安全氣曩是用nylon編織而成的布，然後縫製成氣曩。為了要控制氣曩的形狀，裡面還縫製了一些小繩索。為了在很短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到充氣的目的，氣囊配置了一個(gè)小「炸彈」，當(dāng)加速度感測(cè)計(jì)測(cè)量到某一程度的減速運(yùn)動(dòng)時(shí)，這個(gè)小「炸彈」就會(huì)被引爆，利用空氣急速膨脹來達(dá)到迅速充氣的目的。這種傳統(tǒng)的汽車安全氣曩有什麼壞處呢？主要的缺點(diǎn)是其質(zhì)量很大，爆開撞擊到人時(shí)常會(huì)使人受傷。所以倘若我們將它用塑膠薄膜來取代（類似塑膠袋）的話，質(zhì)量就會(huì)輕得無數(shù)，這是基本的構(gòu)想。相對(duì)於傳統(tǒng)用nylon布編織做成的氣囊，本新型的氣囊稱為filmairbag，通常用比PE具抗張強(qiáng)度的PBT塑膠為基本材料，利用吹氣一體成形（blowingmolding）。這樣的基本構(gòu)想下，開闢了許多設(shè)計(jì)的想像空間。舉個(gè)例子。除了一層塑膠薄膜外，還可以有一層cable將氣曩「網(wǎng)住」，而由這些cables來增強(qiáng)抗拉能力。另一個(gè)構(gòu)想的，可以做成好幾個(gè)小氣囊，再用cable將這些小氣囊「網(wǎng)住」。這樣的好處是您可以讓每個(gè)小氣囊配置一個(gè)「小炸彈」，無數(shù)小氣曩爆開後對(duì)人體的威脅性就比一個(gè)大氣囊小的多，所須的能量也較低，更重要的是倘若某一個(gè)小氣囊故障也不至於影響整體的功能，增強(qiáng)了氣曩的可靠性。結(jié)論是，新型安全氣囊的優(yōu)點(diǎn)：較多樣化、較輕、較低價(jià)位、較能大量生產(chǎn)、使用較低能量。Figure10-16是模擬的結(jié)果之一，這個(gè)模型包括了前述的cables結(jié)構(gòu)。你可以看到這些cables飾演的結(jié)構(gòu)功能。此外，外緣的皺折現(xiàn)象也顯示在圖上。Figure10-16SimulationoftheAirBagUsingLS-DYNA朽木易折，金石可鏤。千里之行，始于足下。第頁(yè)/共頁(yè)第10.4節(jié)板殼元素瀏覽OverviewofShellElements10.4.1ElasticShellsFigure10-17ElasticShells左邊是SHELL63，是一階的板殼元素；右邊是SHELL93，是二階的板殼元素。注重，這兩個(gè)元素在材料方面只支援符合虎克定律的線性彈性材料，但是還是可以幾何非線性的分析。10.4.2PlasticShells倘若你的材料是塑性材料，這裡就有兩個(gè)plasticshells：SHELL43和SHELL143。這兩者的差別是在於SHELL43使用了大應(yīng)變理論（largestraintheory），而SHELL143則是使用小應(yīng)變理論（smallstraintheory）。和SHELL181比起來，SHELL43還是比較「古典」的，所以我們鼓勵(lì)你用SHELL181[Sec.10.4.3]來取代這兩個(gè)元素。Figure10-18PlasticShells10.4.3LargeStrainShellFigure10-19LargeStrainShell這個(gè)SHELL181就是我們剛才提到的較新、功能較大的largestrain板殼元素。10.4.4MembraneandShearPanel透過SHELL63的KEYOPT(1)選項(xiàng)，你可以將SHELL63修改成一個(gè)薄膜元素。事實(shí)上SHELL41就是一個(gè)薄膜元素（相當(dāng)於將SHELL63的KEYOPT(1)設(shè)為1）。SHELL28稱為shellpanel，它主要是用來抵御剪力，譬如用來model高樓結(jié)構(gòu)中的剪力牆。Figure10-20MembraneandShearPanel10.4.5AxisymmetricShellFigu