搜索結構靜力分析邊界條件施加方法與技巧
2013-06-05 by:廣州有限元分析、培訓中心-1CAE.COM 來源:仿真在線
在結構的靜力分析中載荷與約束的施加方案對計算結果有較大的影響,甚至導致計算結果不可信,筆者在《結構設計CAE主業(yè)務流程》的博文中也提到這一點。那么到底如何施加載荷與約束呢?歸根到底要遵循一個原則——盡量還原結構在實際中的真實約束和受力情況。本文著重介紹幾種約束的施加方法與技巧,并通過具體例子來進一步說明。
1 銷軸約束
銷軸連接在結構中是很常見的一種形式,其約束根據具體的結構形式有所不同,下面以一個走行裝置為例具體介紹一下。
走行裝置是連接平動軌道與上部結構的,其約束應是軌道通過車輪對走行裝置的約束,但是通常對于車輪只要驗證其輪壓滿足要求即可,因此在模型中往往將車輪簡化掉,因此對于走行裝置的約束就變?yōu)殇N軸約束。
圖1 某走行裝置
圖1 中1-10是與車輪相連接的軸孔,車輪行駛于軌道上,約束位置在10對軸孔處,如果把整個軸孔都約束則約束剛度太大,結果會導致圓孔周圍應力過大,因此應簡化為約束軸孔中心點,將中心點與軸孔邊緣通過剛性單元連接,簡化為點約束。首先y方向(豎直向上)是應該約束的(此處假設車輪及軸為剛體),其次由于軌道與輪緣的相互作用,z方向(側向)也應該是約束的,然后由于走行裝置在向下的壓力下會產生沿x方向(運行方向)的位移,因此x方向約束應放開,但是如果10對軸孔中心x方向的約束全放開則會導致約束不全無法計算,因此應在1軸孔或10軸孔中心處施加x方向的約束,這樣實現全自由度約束。
2 轉動軌道約束
圖2是一個翻車機模型,該結構通過電機驅動,托輥支撐,2個端環(huán)在軌道上轉動來實現翻卸功能。
圖2 翻車機
由于翻車機托輥支撐端環(huán),由電機驅動不斷地翻轉卸車,造成其約束位置方向不斷變化,針對一個具體翻轉角度,翻車機端環(huán)在與托輥接觸處(線接觸)應約束沿翻車機端環(huán)徑向,另外,由于翻車機在荷載作用下會產生沿翻車機軸向的位移,所以兩端環(huán)中要約束一個端環(huán)的軸向自由度。
3 對稱面約束
圖3是某鋼水罐模型,該模型關于y-z面對稱,下面介紹一下該結構的約束處理。
圖3 鋼水罐
首先在1處由于受到鋼水罐起吊裝置的限制,其豎直方向y及水方向z無法變形,應施加z方向及y方向的約束,而x方向是沒有約束的,此時因缺少約束無法計算,應注意到該結構(包括載荷與約束)關于y-z面對稱,因此在y方向自重影響下其變形必關于y-z面對稱,即y-z面與結構相交處x方向變形為0,因此可選擇該相交處約束x方向(如圖3中的2處),這樣結構整體6個方向自由度全部約束,可進行計算。
總之,在實際分析中首先要將模型合理地簡化,然后根據具體情況施加約束還原實際情況并滿足計算條件。
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