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火炮高刚度上架的结构设计与分析+有限元模型(6)

时间:2017-05-01 16:18来源:毕业论文
3 上架的静态刚强度分析 3.1 上架网格划分 3.1.1 网格划分原则 网格划分是有限元分析的基础,网格质量直接影响计算结果的精度。在划分网格时,实际问题


 3  上架的静态刚强度分析
3.1  上架网格划分
3.1.1  网格划分原则
网格划分是有限元分析的基础,网格质量直接影响计算结果的精度。在划分网格时,实际问题往往受到很多因素的影响,若是一一考虑,可能导致工作量成倍增加,甚至迷失了主要方向。所以,在真正建立模型的时候,必须做出相应的简化,忽略掉次要因素,抓住主要矛盾。建立有限元模型的时候要考虑划分网格的一些原则:
1)选择合理的物理模型
火炮上架的网格划分采用了实体单元、壳单元和刚性单元等多种类型单元相结合的方式。不同类型的单元具有不同的自由度、截面属性、数学描述和积分方式,输出的变量也不相同,这不仅对仿真结果的影响很大,而且,也影响到建模的难易程度。由于实体单元可以通过其任何一个表面与其它单元相连,因此能够用来模拟具有任何形状、承受几乎任意载荷的结构。壳单元用来模拟一个方向的尺寸(厚度)远小于其它方向的尺寸,并且沿厚度方向的应力可以忽略的结构。刚性体通常用于模拟非常坚硬的部件和变形部件之间的约束。
(2)选择适当的网格数量
网格数量的多少直接影响有限元模型的规模,同时也在一定程度上影响计算结果的精度。一般情况下,网格数量越多,仿真的精度也就越高,需要的运算时间越长。当网格足够多时,近似解趋向于真实解,此时,再通过增加网格数量的办法来提高模型精度,其效果已经不明显,反而会迅速的增加求解的时间。因此,对于复杂的模型不可能无限制的增加网格的数量,对这两种因素要综合考虑。
(3)控制网格的疏密分布
网格疏密分布是指根据需要在结构的不同部位网格的密度分布不同。一般情况下,尽量使用均匀分布的网格。均匀分布的网格不但网格质量好,而且结果分布合理。但是在一些计算数据变化梯度较大的部位(如应力集中区或特别关注区),为了很好地反映局部响应的变化特点,应该采用较密的网格。对于一般的区域,为了减少计算时间,可以采用稀疏的网格。
(4)满足网格的质量要求
网格的质量对计算精度影响很大,较差的网格无法得到满意的结果,甚至可能中止计算。网格的质量是指其形状的规则性。主要有雅可比(jacobian)、长宽比(aspect ratio)、翘曲度(warpage)、偏斜度(skew)、内角(angle)等几个性能指标。在实际的有限元分析中,对单元的质量指标有一些具体的要求,当所有的单元或绝大部分单元达到这些指标时,仿真分析的结果才具有可信性。
(5)选择良好的单元形状
实体单位的形状有751面体、楔型体、四面体等,板、壳单元一般有四边形单元和三角形单元,751面体单元和四边形单元在模拟计算时具有较高的精度,并且所需时间比较少,因此仿真过程中尽量使用751面体单元和四边形单元或者相应的等参单元。对于形状不规则的区域,无法使用751面体单元或四边形单元时,可以使用少量的四面体单元和三角形单元。
(6)不同类型单元之间的过渡
建模时,需要采用多种类型单元相结合的模式。不同类型单元的节点自由度和节点配置会出现不一致的情况,为了保证不同结构在边界面上的位移协调,实体单元与壳单元采用在实体单元上增加一圈壳单元的方式相连(如图3.1),壳单元与壳单元之间采用共节点连接方式。
 图3.1 单元类型过度示意图
3.1.2  HyperMesh软件
HyperMesh软件是美国Altair公司的产品,是杰出的有限元分析前、后处理平台,拥有全面的CAD和CAE求解器借口、强大的几何清理和网格划分功能,能够高效的建立各种复杂模型的有限元和有限差分模型,其实体几何和实体网格划分功能已成为了751面体和四面体网格划分功能的新标准。 火炮高刚度上架的结构设计与分析+有限元模型(6):http://www.751com.cn/jixie/lunwen_5983.html
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