cae課程設(shè)計(jì)--空間薄壁開(kāi)孔結(jié)構(gòu)有限元分析

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1、CAE課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)空間薄壁開(kāi)孔結(jié)構(gòu)有限元分析專業(yè)飛行器設(shè)計(jì)與工程班號(hào)學(xué)號(hào)姓名指導(dǎo)教師沈陽(yáng)航空航天大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)目錄2015年1月摘要本次CAE課設(shè)，使用PATRAN&NASTRAN軟件，進(jìn)行空間薄壁結(jié)構(gòu)的有限元分析。薄壁空間結(jié)構(gòu)，屬于空間受力結(jié)構(gòu)，主要承受曲面內(nèi)的軸向壓力，彎矩很小。故根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并不對(duì)薄壁結(jié)構(gòu)直接進(jìn)行實(shí)體網(wǎng)格的劃分，而是通過(guò)提取中面的辦法，即Geometry:Create/Surface/Midsurface命令，將所有的離散化等操作轉(zhuǎn)化為對(duì)中面結(jié)構(gòu)的操作。最后可以快速得到正確的應(yīng)力形變分析結(jié)果。由此，我們可以得

2、出結(jié)論，對(duì)與對(duì)稱的薄壁結(jié)構(gòu)采用提取中面的方法將會(huì)大大簡(jiǎn)化離散過(guò)程并得出正確的計(jì)算結(jié)果的。關(guān)鍵詞PATRAN&NASTRAN空間薄壁結(jié)構(gòu)提取中面有限元分析沈陽(yáng)航空航天大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)目錄目錄第1章引言1第2章模型處理22.1導(dǎo)入薄壁結(jié)構(gòu)模型22.2提取模型中面22.3修剪角板32.4將角板與薄壁結(jié)構(gòu)的邊緣進(jìn)行關(guān)聯(lián)3第3章劃分網(wǎng)格及處理43.1劃分網(wǎng)格43.2檢查網(wǎng)格4第4章載荷及邊界條件64.1創(chuàng)建分布式載荷64.2創(chuàng)建約束6第5章材料及單元屬性75.1添加材料屬性75.2賦予單元屬性7第6章分析計(jì)算8第7章總結(jié)9參考文獻(xiàn)10沈陽(yáng)航空航天大

3、學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)第1章引言第1章引言Patran是世界上使用最廣泛的有限元分析（FEA）前/后處理軟件，可為多個(gè)解算器提供實(shí)體建模、網(wǎng)格劃分、分析設(shè)置及后處理，其中包括MSCNastran、Marc、Abaqus、LS-DYNA、ANSYS及Pam-Crash。Patran提供了豐富的工具集，能夠簡(jiǎn)化分析模型的創(chuàng)建，可用于線性、非線性、顯式動(dòng)力學(xué)、熱及其他有限元仿真。Patran不僅具有使工程師可輕松處理CAD中的間隙和裂縫的幾何清理工具，還提供了從頭創(chuàng)建模型的實(shí)體建模工具，使任何人都可以方便地創(chuàng)建有限元模型。Patran可以通過(guò)全自動(dòng)網(wǎng)格

4、劃分過(guò)程、也能夠提供更多控制的手工方法或者這兩者的組合，可輕松地在曲面和實(shí)體上創(chuàng)建網(wǎng)格。最后，該解決方案內(nèi)置了用于最流行的有限元解算器的載荷、邊界條件及分析設(shè)置，能最大限度地減少輸入文件的編輯工作。Patran的各項(xiàng)功能綜合完善、經(jīng)過(guò)行業(yè)驗(yàn)證，可確保您在虛擬樣機(jī)上的工作能夠快速獲得結(jié)果，因此您可根據(jù)需求對(duì)產(chǎn)品性能進(jìn)行評(píng)估并優(yōu)化您的設(shè)計(jì)。1沈陽(yáng)航空航天大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)第2章模型處理第2章模型處理本次課設(shè)的目的是空間薄壁開(kāi)孔結(jié)構(gòu)有限元分析，其中的薄壁結(jié)構(gòu)模型已經(jīng)提供，故只需導(dǎo)入并進(jìn)行隨后為劃分網(wǎng)格之前的一些處理工作即可。2.1導(dǎo)入薄壁結(jié)構(gòu)模型

5、選定所給的xmt文件，將模型導(dǎo)入Patran軟件，如圖2-1圖2-1薄壁結(jié)構(gòu)幾何模型2.2提取模型中面利用Geometry:Create/Surface/Midsurface命令，提取該薄壁結(jié)構(gòu)的中面，用來(lái)代替該結(jié)構(gòu)模型，以便接下來(lái)的劃分網(wǎng)格等操作。因?yàn)樵摻Y(jié)構(gòu)為完全對(duì)稱的薄壁結(jié)構(gòu)，故提取中面操作可行。提取的中面如下，圖2-2圖2-2中面2沈陽(yáng)航空航天大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)第2章模型處理2.3修剪角板利用Geometry:Edit/Surface/Trim命令，對(duì)薄壁結(jié)構(gòu)的角板進(jìn)行修剪，以便接下來(lái)操作的方便。最后，將復(fù)雜結(jié)構(gòu)的角板全部簡(jiǎn)化為三角形

6、角板。如圖2-3圖2-3角板修剪后的效果2.4將角板與薄壁結(jié)構(gòu)的邊緣進(jìn)行關(guān)聯(lián)利用Geometry:Associate/Curve/Surface命令，將角板的兩條直角邊分別于薄壁結(jié)構(gòu)的水平垂直面進(jìn)行關(guān)聯(lián)。如圖2-4圖2-4角板與薄壁面關(guān)聯(lián)后的效果3沈陽(yáng)航空航天大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)第3章劃分網(wǎng)格及處理第3章劃分網(wǎng)格及處理通過(guò)以上對(duì)模型的處理，已經(jīng)可以進(jìn)入對(duì)結(jié)構(gòu)的離散化操作。3.1劃分網(wǎng)格利用Elements:Create/Mesh/Surface命令，將結(jié)構(gòu)整體劃分為四邊形網(wǎng)格。如圖3-1圖3-1劃分四邊形網(wǎng)格效果3.2檢查網(wǎng)格利用Elemen

7、ts:Verify/Element/Boundaries命令，檢查劃分網(wǎng)格后，幾何模型的邊界是否連接在一起，如圖，線條皆變?yōu)辄S色，表示沒(méi)有問(wèn)題。如圖3-2圖3-2檢查邊界4沈陽(yáng)航空航天大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)第3章劃分網(wǎng)格及處理利用Elements:Equivalence/All/ToleranceCube消除劃分網(wǎng)格造成的重復(fù)節(jié)點(diǎn)，最終效果，如圖3-3圖3-3去除重復(fù)節(jié)點(diǎn)后的效果5沈陽(yáng)航空航天大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)第4章載荷及邊界條件第3章載荷及邊界條件4.1創(chuàng)建分布式載荷利用Create/CIDDistributedLoad/ElementUni

8、form命令，對(duì)模型施加大小為100，方向?yàn)槠叫衴軸的分布力，作用點(diǎn)為四個(gè)圓環(huán)處。如圖4-1圖4-1施加分布載荷4.2創(chuàng)建約束利用Create/Displacement/Noda