復雜機構的CAE分析方法研究
發(fā)布時間：2020-04-08 15:33
【摘要】： 隨著現(xiàn)代力學、計算數(shù)學以及計算機技術在軟、硬件方面的發(fā)展,有限元分析無論是在理論還是在計算技術方面都已取得了巨大的進步,很多通用有限元程序和專用程序都投入了實際應用,本文主要圍繞有限元方法在處理復雜裝配體時的分析、解構、流程以及高級處理手段進行研究,并在文末提出了對機構的改進方案。 本文首先在結構力學的基礎上,總結了有限元法求解結構動力學問題(包括特征值、模態(tài)響應問題等)的基本原理,并對MSC.Patran/Nastran和ANSYS功能進行了闡述,對比了國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀。 針對大型復雜機構的有限元分析問題,本文提出了通用問題的分析流程,列舉了分解功能模塊的依據(jù)及分析處理的手段,并歸納了分析復雜結構時所用到的高級模塊多點約束(MPC)和超單元的具體使用。使用MSC.Patran/Nastran和ANSYS軟件進行分析并對比結果,仿真出針梳機牽伸箱的固有模態(tài),仿真結果直觀地演示了箱體的振型和頻率變化情況,同時對比了兩套軟件的計算效率。 根據(jù)仿真分析的結果,本文提出了避免共振的改善措施:保持原結構的基礎上加厚箱壁提高總質(zhì)量;添加加強筋增加系統(tǒng)剛度。對改進結構進行了仿真模擬,對比了不同改進方案的振型、頻率變化情況,驗證了改善方案的可行性。并以經(jīng)濟性為標準,衡量兩個方案優(yōu)劣。 本文提出的分析方法和處理手段將為復雜裝配機構的分析和仿真探索一條行之有效的通用途徑,同時能夠豐富和拓展有限元技術在處理大型機構仿真時的手段。
【圖文】：
單元（或稱為子結構嵌套）：即允許一個子結構中包含另一個甚至多個子結構。也就是說，在生成超單元時，生成部分的其中一個單元可以是以前生成的超單元。多級超單元分析適用于所有的分析類型，如線性靜力分析、剛體靜力分析、正則模態(tài)分析、幾何和材料非線性分析、響應譜分析、直接特征值、頻率響應、瞬態(tài)響應分析、模態(tài)特征值、頻率響應、模態(tài)綜合分析（混合邊界方法和自由邊界方法）、設計靈敏度分析、穩(wěn)態(tài)、非穩(wěn)態(tài)、線性、非線性傳熱分析等。模態(tài)綜合分析需要使用超單元時，可對每個受到激勵作用的超單元分別進行分析，然后把各個結果綜合起來從而獲得整個結構的完整動態(tài)特性[44]。超單元的剛度陣、質(zhì)量陣和載荷陣可以從經(jīng)驗或計算推導而得出。結構的高階模態(tài)先被截去，而后用靜力柔度或剛度數(shù)據(jù)恢復。該分析對大型復雜的結構顯得更有效(需動力學分析模塊)。在牽伸箱的分析中，各級寶塔鏈輪逐級構成超單元，并與軸形成二級子結構嵌套，并在此基礎上通過和固定在箱體上的搖柄機構連接，從而和作為分析母件的箱體構成多級超單元，具體組建流程如圖 3-7（a）（b）（c）所示
第一章 緒論求適當定義的“泛函”的駐值的近似方法。另一方面，工程師經(jīng)常采用更直觀的方法，通過建立實際離散單元與連續(xù)區(qū)域的有限部分之間的模擬達到求解目的。最早在固體力學領域中，上世紀四十年代，McHenry、Hrenikoff和Newmark分別在著作中提及，用簡單彈性桿排列代替連續(xù)體的各個小部分，，能夠得到連續(xù)介質(zhì)問題的相當好的解答。后來，在同一領域，Argyris及Turner等人提出了一種更直觀化的性質(zhì)替代法，即認為連續(xù)體中的小塊或“單元”可用某種簡化的方式表述其性質(zhì)和特征[5]。1943 年R.Courant在求解扭轉問題時為了表征翹曲函數(shù)而將截面分成若干三角形區(qū)域，在各三角形區(qū)域設定一個線性的翹曲函數(shù)，這是對里茲法的推廣，實質(zhì)上就是有限單元法的基本思想。1960 年，美國的R.W.Clough教授在一篇題為“平面應力分析的有限單元法”的論文中首次使用了有限單元法（the FiniteElement Method）一詞，此后這一名稱得到了廣泛承認[3]。
【學位授予單位】：天津大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2007
【分類號】：TH112;TP391.7
本文編號：2619520
【圖文】：
單元（或稱為子結構嵌套）：即允許一個子結構中包含另一個甚至多個子結構。也就是說，在生成超單元時，生成部分的其中一個單元可以是以前生成的超單元。多級超單元分析適用于所有的分析類型，如線性靜力分析、剛體靜力分析、正則模態(tài)分析、幾何和材料非線性分析、響應譜分析、直接特征值、頻率響應、瞬態(tài)響應分析、模態(tài)特征值、頻率響應、模態(tài)綜合分析（混合邊界方法和自由邊界方法）、設計靈敏度分析、穩(wěn)態(tài)、非穩(wěn)態(tài)、線性、非線性傳熱分析等。模態(tài)綜合分析需要使用超單元時，可對每個受到激勵作用的超單元分別進行分析，然后把各個結果綜合起來從而獲得整個結構的完整動態(tài)特性[44]。超單元的剛度陣、質(zhì)量陣和載荷陣可以從經(jīng)驗或計算推導而得出。結構的高階模態(tài)先被截去，而后用靜力柔度或剛度數(shù)據(jù)恢復。該分析對大型復雜的結構顯得更有效(需動力學分析模塊)。在牽伸箱的分析中，各級寶塔鏈輪逐級構成超單元，并與軸形成二級子結構嵌套，并在此基礎上通過和固定在箱體上的搖柄機構連接，從而和作為分析母件的箱體構成多級超單元，具體組建流程如圖 3-7（a）（b）（c）所示
第一章 緒論求適當定義的“泛函”的駐值的近似方法。另一方面，工程師經(jīng)常采用更直觀的方法，通過建立實際離散單元與連續(xù)區(qū)域的有限部分之間的模擬達到求解目的。最早在固體力學領域中，上世紀四十年代，McHenry、Hrenikoff和Newmark分別在著作中提及，用簡單彈性桿排列代替連續(xù)體的各個小部分，，能夠得到連續(xù)介質(zhì)問題的相當好的解答。后來，在同一領域，Argyris及Turner等人提出了一種更直觀化的性質(zhì)替代法，即認為連續(xù)體中的小塊或“單元”可用某種簡化的方式表述其性質(zhì)和特征[5]。1943 年R.Courant在求解扭轉問題時為了表征翹曲函數(shù)而將截面分成若干三角形區(qū)域，在各三角形區(qū)域設定一個線性的翹曲函數(shù)，這是對里茲法的推廣，實質(zhì)上就是有限單元法的基本思想。1960 年，美國的R.W.Clough教授在一篇題為“平面應力分析的有限單元法”的論文中首次使用了有限單元法（the FiniteElement Method）一詞，此后這一名稱得到了廣泛承認[3]。
【學位授予單位】：天津大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2007
【分類號】：TH112;TP391.7
【引證文獻】
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本文編號：2619520
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