一种梁_板壳结构有限元仿真方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种航空发动机结构仿真分析技术，具体的说是一种梁_板壳结构有限元仿真方法。
【背景技术】
[0002]梁_板壳结构是工程上较为常见的设计结构，广泛应用于薄壁件、机组底座和密封箱等结构的设计中。传统的经验设计方法为保证结构的安全可靠性，通常会在材料选择、规格选取和结构方案等方面采取比较保守的做法，从而导致结构笨重、成本上升。而采用常见的三维有限元法对此类结构进行有限元计算和分析，一则网络数量过多且质量低下，结果准确性存疑；二则计算结果易出现局部失真，结构的整体应力水平得不到较好的体现。
[0003]目前对于梁_板壳类结构的研究主要集中在单层板上加梁请部的建模和计算研究，板作为主要承力件，梁作为加强筋。对双侧板中间以梁连接，板做为承力件的情况，有学者采用自行开发单元、软件的方法进行研究，通用性不强，工程实践较困难；对于梁做为主要承力件的双层板梁结构，目前相关研究还是空白。
【发明内容】
[0004]针对现有技术中梁_板壳结构有限元仿真存在准确性存疑、计算结果易出现局部失真等不足，本发明要解决的技术问题是提供一种网格质量佳、结果直观的梁_板壳结构有限元仿真方法。
[0005]为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是:
[0006]本发明一种梁_板壳结构有限元仿真方法包括以下步骤:
[0007]梁单元和板壳单元研究及有限元模型的建立；
[0008]梁_板壳模型边界条件的确定；
[0009]进行静强度计算及模态分析；
[0010]计算结果评定。
[0011]梁单元和板壳单元研究及有限元模型的建立包括:
[0012]梁单元特性研究及基于截面形状的实常数设定，即参数化梁_板壳单元；
[0013]板壳单元特性及其与染单元的耦合特性研究，即刚度矩阵自由度耦合；
[0014]应用参数化梁_板壳单元和刚度矩阵自由耦合技术创建梁_板壳结构有限元模型。
[0015]梁_板壳模型边界条件的确定包括:
[0016]根据实际工况并结合梁_板壳有限元模型的特点合理选择约束施加方案；
[0017]以实际工作载荷为基础，确定梁单元及板壳单元的载荷施加方法。
[0018]进行静强度计算及模态分析为:强度仿真分析时应用ANSYS线弹性求解器进行有限元仿真计算，稳定性仿真分析时应用ANSYS几何非线性求解器进行有限元仿真计算。
[0019]限元仿真计算结果评定为:结合梁、平面应力理论，对有限元仿真计算的结果进行有效性评价及误差分析。
[0020]本发明具有以下有益效果及优点:
[0021]1.本发明基于国际通用ANSYS有限元软件，采用梁单元和板壳单元相结合的研究方法对梁_板壳结构进行有限元分析具有网格质量佳、结果直观等优点，有助于提升设计水平、缩短设计周期、减少实验费用并降低故障隐患。
[0022]2.应用国际通用ANSYS有限元软件对梁_板壳结构进行有限元计算分析具有先进水平。
【附图说明】
[0023]图1为本发明方法流程图；
【具体实施方式】
[0024]下面结合说明书附图对本发明作进一步阐述。
[0025]本发明一种梁_板壳结构有限元仿真方法包括以下步骤:
[0026]梁单元和板壳单元研究及有限元模型的建立；
[0027]梁_板壳模型边界条件的确定；
[0028]进行静强度计算及模态分析；
[0029]计算结果评定。
[0030]本发明基于参数化梁_板壳结构，应用刚度片自由度耦合技术，建立梁_板壳结构的有限元模型，根据梁_板壳结构特点确定有限元模型载荷施加方式及结果评定方法。
[0031]本发明的技术核心为:
[0032]双层梁_板壳结构有有限元模型的自由度耦合方法；
[0033]梁_板壳结构有有限元模型条件与三维模型的差异；
[0034]梁_板壳结构有有限元法计算结果的评定与分析。
[0035]如图1所示，为梁_板壳结构有限元仿真本发明方法流程图。
[0036]1)参数化梁_板壳单元:梁单元对实际结构的模拟，长度通过几何建模实现，横截面形状通过几何数据参数化实现；板壳单元对实际结构的模拟，平面形状通过几何建模实现，平面厚度通过几何数据参数化实现。
[0037]2)刚度矩阵自由度耦合:梁单元之间及板壳单元之间的连接通过共用几何体素实现；梁单元与板壳单元之间的连接通过刚度矩阵自由度耦合技术实现。
[0038]3)梁_板壳结构有限元模型:应用参数化梁_板壳单元和刚度矩阵自由耦合技术创建梁_板壳结构有限元模型。
[0039]4)梁_板壳结构载荷施加:将实际工况载荷进行分解和转化，梁单元主要承担弯矩，板壳单元主要承担法向力。
[0040]5)梁_板壳结构边界条件:对实际边界条件进行刚体平移处理，使之作用于梁单元中线和板壳单元中面。
[0041]6)梁_板壳结构有限元仿真:强度仿真分析时应用ANSYS线弹性求解器进行有限元仿真计算，稳定性仿真分析时应用ANSYS几何非线性求解器进行有限元仿真计算。
[0042]7)有限元仿真计算结果评定:结合梁、平面应力理论，对有限元仿真计算的结果进行有效性评价及误差分析。
【主权项】
1.一种梁_板壳结构有限元仿真方法，其特征在于包括以下步骤: 梁单元和板壳单元研究及有限元模型的建立； 梁_板壳模型边界条件的确定； 进行静强度计算及模态分析； 计算结果评定。2.按权利要求1所述的一种梁_板壳结构有限元仿真方法，其特征在于梁单元和板壳单元研究及有限元模型的建立包括: 梁单元特性研究及基于截面形状的实常数设定，即参数化梁_板壳单元； 板壳单元特性及其与染单元的耦合特性研究，即刚度矩阵自由度耦合； 应用参数化梁_板壳单元和刚度矩阵自由耦合技术创建梁_板壳结构有限元模型。3.按权利要求1所述的一种梁_板壳结构有限元仿真方法，其特征在于梁_板壳模型边界条件的确定包括: 根据实际工况并结合梁_板壳有限元模型的特点合理选择约束施加方案； 以实际工作载荷为基础，确定梁单元及板壳单元的载荷施加方法。4.按权利要求1所述的一种梁_板壳结构有限元仿真方法，其特征在于进行静强度计算及模态分析为:强度仿真分析时应用ANSYS线弹性求解器进行有限元仿真计算，稳定性仿真分析时应用ANSYS几何非线性求解器进行有限元仿真计算。5.按权利要求1所述的一种梁_板壳结构有限元仿真方法，其特征在于限元仿真计算结果评定为:结合梁、平面应力理论，对有限元仿真计算的结果进行有效性评价及误差分析。
【专利摘要】本发明涉及一种梁_板壳结构有限元仿真方法，包括梁单元和板壳单元研究及有限元模型的建立；梁_板壳模型边界条件的确定；进行静强度计算及模态分析；计算结果评定；梁单元和板壳单元研究及有限元模型的建立包括：梁单元特性研究及基于截面形状的实常数设定，即参数化梁_板壳单元；板壳单元特性及其与染单元的耦合特性研究，即刚度矩阵自由度耦合；应用参数化梁_板壳单元和刚度矩阵自由耦合技术创建梁_板壳结构有限元模型。本发明具有网格质量佳、结果直观等优点，有助于提升设计水平、缩短设计周期、减少实验费用并降低故障隐患。
【IPC分类】G06F17/50
【公开号】CN105302994
【申请号】CN201510819509
【发明人】黄兴, 陈勇, 侯东旭, 蒋晶博, 刘志
【申请人】沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司
【公开日】2016年2月3日
【申请日】2015年11月22日