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1、機(jī)械設(shè)計(jì)與制造第4期228MachineryDesign&Manufacture2013年4月復(fù)合材料開孔層合板有限元網(wǎng)格劃分方法研究謝軍偉，劉維國(guó)，詹國(guó)寧(中國(guó)艦船研究設(shè)計(jì)中心，湖北武漢430064)摘要：對(duì)復(fù)合材料開孔層合板有限元建模過程中網(wǎng)格劃分方法進(jìn)行量化研究。應(yīng)用參數(shù)化的方法建立多種板寬孔徑比、多種鋪層比例的開孔層合板模型，逐級(jí)調(diào)整網(wǎng)格密度，計(jì)算單軸拉伸載荷作用下孔邊最大應(yīng)力集中系數(shù)。根據(jù)有限元結(jié)果，結(jié)合牛頓插值的數(shù)值計(jì)算方法，模擬出開孔層合板合理的網(wǎng)格密度劃分方程。然后，對(duì)該網(wǎng)格劃分方程下計(jì)算的數(shù)值解進(jìn)
2、行試驗(yàn)驗(yàn)證與解析解驗(yàn)證。結(jié)果表明，這種網(wǎng)格密度劃分方程能有效地降低計(jì)算誤差，可以在板寬孔徑比大于3的復(fù)合材料開孔層合板的有限元計(jì)算中廣泛使用。關(guān)鍵詞：網(wǎng)格密度；開孔；應(yīng)力集中系數(shù)；單軸拉伸中圖分類號(hào)：TH16；TB33文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1001—3997(2013)04—0228—04StudyonFiniteElementMeshingofCompositeLaminateswithCutoutXIEJun-wei，LIUWei-guo，ZHANGuo—ning(ChinaShipbuildingStudy
3、andDesignCenter，HubeiWuhan430064，China)Abstract：Itcarriesoutthequantitativeresearchonfiniteelementmeshingofcompositelaminateswithcutout．Throughparametricmethod，differentcompositelaminateswithdifferentplatewidthtocutoutdiameterrat／o(W／D)aremodeled．Then，toadjust
4、meshdensity，itcaleulatesthemaximumstressconeentrationcoefficientaroundthecutoutofuniaxialtensioncompositelaminate．AccordingtoFEMresults，itcombinedwithNewton’sinterpolation，andameshingequationisderive~Theexperimentalresulttogetherwithanalyticalsolutionprovethat
5、thederivedequationCanreduceFEMerrorefectivety．AndtheequationCanwidelyusedinFEMofcompositelaminateswithcutoutwhenW／D>3．KeyWords：MeshDensity；Cutout；StressConcentrationCoeficient；UniaxialTension1引言有限元網(wǎng)格劃分是進(jìn)行有限元數(shù)值模擬分析至關(guān)重要的一隨著有限元軟件在工程實(shí)踐中的廣泛應(yīng)用，如何提高有限步，它直接影響著后續(xù)數(shù)值計(jì)算結(jié)果
6、的精確性。主要研究復(fù)合材元結(jié)果的精確度成為了一個(gè)熱點(diǎn)問題。料開口層合板的網(wǎng)格劃分方法。目前，復(fù)合材料結(jié)構(gòu)已廣泛應(yīng)用于航空、航天、船舶等領(lǐng)域。2網(wǎng)格劃分方程層合板是復(fù)合材料中使用最多的一種結(jié)構(gòu)型式，它具有很好的結(jié)2．1單軸拉伸開口層合板應(yīng)力分析構(gòu)可設(shè)計(jì)I生。航空、航天、船舶結(jié)構(gòu)由于檢查、維修、導(dǎo)管通過等原所研究對(duì)象是承受單軸拉伸載荷作用的開口層合板，如圖1因，需要很多開口。在這種帶開口復(fù)合材料層合板結(jié)構(gòu)的有限元分析中，常常因網(wǎng)格劃分不合理以致有限元仿真結(jié)果與實(shí)際情況所示。假設(shè)開口為中心圓孔，孑L邊受均布載荷o-o。偏
7、差較大。國(guó)內(nèi)外對(duì)有限元模型網(wǎng)格劃分進(jìn)行了深入研究。文獻(xiàn)I-吩析了劃分網(wǎng)格的中關(guān)于網(wǎng)格數(shù)量、階次、質(zhì)量等方面的一些基本原則?。文獻(xiàn)目從幾何模型建立方法的角度分析了不同網(wǎng)格劃分方法的使用范圍。一些科研人員從有限元網(wǎng)格單元的選擇、劃分，到網(wǎng)格質(zhì)量檢查，全面系統(tǒng)地介紹了模型離散化的全過程。一些科研人員研究了結(jié)構(gòu)仿真高精度有限元網(wǎng)格劃分方法，提出了關(guān)鍵性區(qū)域的概念，并得出有限元求解模型中所有關(guān)鍵性區(qū)域的網(wǎng)格劃分水平?jīng)Q定整個(gè)有限元模型的計(jì)算結(jié)果精度的論斷f4】。但是這些文圖1開孔層合板IFig．1CompositeLamina
8、tes1withCutout獻(xiàn)都經(jīng)驗(yàn)性地強(qiáng)調(diào)應(yīng)該在應(yīng)力集中點(diǎn)進(jìn)行網(wǎng)格加密，缺乏明確的量化準(zhǔn)則。若層合板為無限大板，孑L兩側(cè)沿Y軸的應(yīng)力分布近似為來稿日期：2012—66—14作者簡(jiǎn)介：謝軍偉，(1984一)，男，河南準(zhǔn)陽人，工程師；主要研究方向：船體結(jié)構(gòu)；劉維國(guó)，(1961一)，男，山東煙臺(tái)人，高級(jí)工程師，主要研究方向：船舶總體設(shè)計(jì)第4期謝軍偉等：復(fù)合材料開
