使用壳单元经验研究.doc

片体—使用壳单元中面偏置研究 一、只有一个片体情形： 模型见下图，板水平方向长294，另外一个长度为300，厚度为10，单位：mm。模型左端面完全固定，竖直方向承受0.02MPa压力。 图1 中面偏置—顶部表面 偏置中面—顶部表面： 加载后的有限元模型见图1，分析结果应力图和Y向位移图 见图2和图3。 图2 顶部表面应力图 图3 顶面表面Y向位移图 最大应力为46.2MPa，位置在固定端；最大位移Y负向为1mm，位置在最右端面。 偏置中面—底部表面： 分析结果应力图和Y向位移图见图4和图5。 图4 底部表面应力图 图5 底部表面Y向位移图 最大应力为46.2MPa，位置在固定端；最大位移Y负向为1mm，位置在最右端面。与“偏置中面—顶部表面”完全一样，二者是等效的。 3. 中面不偏置：分析结果应力图和Y向位移图 见图6和图7。 图6 中面不偏移应力图 图7 中面不偏移Y向位移图 最大应力为46.2MPa，位置在固定端；最大位移Y负向为1mm，位置在最右端面。与前两种完全一样，三者均是等效的。 综上：壳单元一个片体的情形，在承受载荷时，中面是否偏置不影响运算结果。 有两个片体情形： 例：折弯板左端面完全固定，水平面承受竖直向下的载荷0.02MPa，见图8和图9. 图8 折弯板模型 图9 折弯板加载后有限元模型 方案A：完全采用实体建模，并进行有限元仿真 1. 建模方法：UG草图里面建立“L”形草图，水平方向距离300mm，竖直方向高200mm，然后向内偏置6mm，连接偏置前后的线，三维建模里面拉伸300mm。 2. 载荷和边界条件：如图9所示建立载荷和边界条件。 3. 建立JOB，提交分析，得到结果应力图和Y向位移图见下。 图10 实体模型—C3D20R单元应力图 图11 实体模型—C3D20R单元Y向位移图 最大应力为132.2MPa，Y向最大位移为4.83mm。下面采用壳单元进行模拟，实体模型仿真主要是为了给壳单元提供一个对比参考，如果壳单元计算结果与实体模型基本一致，就证明壳单元的运算结果可靠。 方B：采用壳单元进行建模。 选取实体模型内表面 单元选取壳单元，然后外偏置6mm（顶部表面），得到的应力和Y向位移图见下。 图12 片体—壳单元中面外偏结果应力图 图13片体—壳单元中面外偏Y向位移图 最大应力为133.9MPa，Y向最大位移为4.65mm。与方案A基本吻合，可认为模型与方案A是等效的。 选取实体模型外表面—壳单元中面偏置 选取壳单元，然后内偏置6mm（底部表面），得到的应力和Y向位移图见下。 图14 片体—壳单元中面内偏应力图 图15 片体—壳单元中面内偏Y向位移图 最大应力为133.6MPa，Y向最大位移为4.64mm。与方案A基本吻合，可认为该模型与方案A是等效的。 选取实体模型外表面—壳单元中面不偏置 单元选取壳单元，然后中面不偏置，得到的应力和Y向位移图见下。其实应该选取实体模型的中面最好，这里选取实体模型的外表面，进行中面不偏置的模拟。 图16壳单元中面不偏应力图 图17壳单元中面不偏Y向位移图 最大应力为133.8MPa，Y向最大位移为4.65mm。与方案A基本吻合，可认为该模型与方案A是等效的。 综上：壳单元两个片体的情形，在承受载荷时，中面是否偏置不影响运算结果。 三、有多个片体情形： 模型见下图，箱型体，厚度5mm，UG里面抽壳得到。模型左端斜面面完全固定，竖直方向上顶板承受2MPa压力。（图的编号再次从图1开始） 图1 箱型体三维模型图 图2 箱型体加载和边界条件后图 方案A：完全采用实体建模，并进行有限元仿真 选取两种实体单元对比模拟，仿真结果的应力图和Y向位移图见下，整体布种5mm，厚度方向两个单元。 图3 C3D20R单元模拟结果应力图 图4 C3D8R单元模拟结果应力图 图5 C3D20R单元Y向位移图 图6 C3D8R单元Y向位移图 C3D20R：最大应力为1326MPa，Y向最大位移为4.85mm。 C3D8R：最大应力为801MPa，Y向最大位移为6.86mm。 下面采用壳单元进行模拟，实体模型仿真主要是为了给壳单元提供一个对比参考，如果壳单元计算结果与实体模型基本一致，就证明壳单元的运算结果可靠；同时也可验证静力学结构强度及其刚度校核时（不存在复杂的接触和大的变形），选取C3D20R单元计算结果比C3D8R精确的得多，自己以前做的其他仿真实验已验证，