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          行業新聞

          數控折彎機結構設計12:機身有限元模型單元的選
          發布時間:2020-05-15 02:45:35瀏覽次數:
          機身有限元模型單元的選取和劃分
           
          a. 單元的選擇
          從圖 3.1 可以看出,機身主要是由板、殼組成,在受力上基本是承受拉壓和彎曲兩種狀態,可以選用有限元中的殼單元。但是在液壓缸的底座部分是不符合殼單元選擇的規則,即使在選擇同一種單元時,也必須設置不同的實體常數

           
           
          來定義殼厚度,并且會對結構作很大的改動,機架受載的方式也要進行簡化過渡。如果采用不同類型單元,如實體單元和板殼類單元,它們的節點自由度數是不相同的,因此考慮不同單元之間連接是否連續等問題,必須使所用單元的接觸處結構的變形協調,為此需要人工進行調整。如果人工干預太大,會引起單元畸形。因此采用殼單元來進行機身的有限元分析,必將帶來一定的計算誤差,特別是對于一些重要的局部區域,其應力分析誤差較大。從有限元理論知道,用三維實體單元反映機身的結構,更能反映機身的實際情況。
          考慮到機身模型的復雜性,平衡計算精度和計算時間的要求,在建立機身和部件的有限元模型時大量使用了實體單元 Solid45,它是構造機身模型的主要實體單元。
          Solid45 單元可以用于三維實體的建模,為一具有 8 個節點的單元,通常情況下為六面體,也可以退化為金字塔形和四邊形,是三維固體力學有限元分析中較為簡單的一種單元,如圖 2.2 所示。該單元每個節點沿其坐標方向 x、y、z 共有三個平移自由度,可以用來進行塑性、蠕變、膨脹、應力強化、大變形和大應變分析。雖然相對于具有二十個節點的高階單元 Solid95 其計算精度較低, 但是對于一些復雜結構系統的有限元建模,由于其劃分單元后節點個數相對較少,即未知自由度數少,因此分析計算效率較高。并且對于同一個結構多個方案的有限元模型進行分析比較,計算結果的絕對誤差并不是問題的主要矛盾, 因此為了提高整機分析計算的效率,實體建模采用該六面體單元。
           

           
           
           
           
           
           
           
          圖 2.2 ANSYS 的 Solid45 單元
           
          b. 單元的劃分
          網格數量的多少將影響計算結構的精度和計算規模的大小。一般來講,網格數量增加,計算精度會有所提高,但同時計算規模也會增加。所以在確定網

           
           
          格數量時應權衡這兩個因素綜合考慮。一般情況下,在靜力分析時,如果僅僅計算結構的變形,網格數量可少一些,若計算應力,則在精度要求相同的情況下應取相對較多的網格;在計算結構動力特性時,若僅僅計算少數低階模態, 可選擇較少的網格,如果計算的模態階次較高,則應選擇較多的網格。
          經過單元劃分后,最終得到機身有限元模型共有 71716 個 Solid45 單元,機身有限元模型如圖 2.3 所示。

           
           
           
          圖 2.3 折彎機機身的有限元模型

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