基于多孔梁的有限元分析 - 图文

基于多孔梁的有限元分析

问题描述：

梁是用于支撑多种不同物体重要部件，经常用于建筑领域，所以对梁结构的合理性与安全性也就提出了相当高的要求。本文采用hypermesh、nastran以及hyperview软件对实体梁结构进行静力分析、通过观察受力情况的变化，为后期梁结构的改进做出相应的指导方向。

1. 创建实体模型

由于梁结构比较简单，故无需从CAD中导入，可直接在有限元前处理软件中建立相应的模型，然后对其划分网格，添加约束和载荷。本例的实体模型是在功能非常强大的有限元前处理软件hypermesh中建立，实体模型如图1所示

图1 梁的三维模型

2. 创建有限元模型

因为整个梁是实体结构，故在进行有限元网格划分的时候采用实体单元进行划分，本例中采用的是4节点的四面体单元进行网格划分，单元的尺寸为5mm，划分完成后一共得到28299个单元。按照设计要求，支架的材料为各向同性材料，取弹性模量为（1.63x105）MPa，泊松比为0.33，密度为2500kg/m3，得到梁的有限元模型如图2所示。

图2 梁的网格划分

3. 添加约束和载荷

（1）. 约束的添加

梁是起支撑作用的，所以必须将其两端的所有自由度进行约束，防止其移动和转动。如图3所示；

图3 两端面添加约束

（2）载荷的添加

此例的载荷只在梁的上表面添加一个大小为-5000N的力，施加载荷后的有限元模型如图4所示

图4 载荷的施加

4. 输出控制的设置

在约束和载荷添加完毕后，接着要设置分析类型和输出的控制。首先对分析设置载荷步，将添加好的约束和载荷组合成一个工况，并将分析类型选择静力学分析，然后设置位移和应力的输出以及*.op2文件。*.op2文件用于hyperviewd的后处理，便于观察其分析结果。

5. 求解分析

当所有参数设置完之后，就将有限元模型导出，导出的模板采用nastran的模板，然后将导出的*.bdf文件提交给nastran求解。将求解完成后的生成的*.op2文件

用hyperview打开，观察梁的变化情况，

如图5所示为整个梁在受力过程中的位移矢量图，从图中不难看出位移变化最大处位于梁的中部，而两端基本没有位移的移动。

图5 位移矢量图

整个梁的变形最大的地方也发生在梁的中部，变形后的具体形状如图6所示

图6 变形图

下图是变形图和应力视图的综合视图，左侧为位移变形图，右侧为应力和变形图，应力的变化情况如图7所示。从图中可以看到，应力发生最大处在两端的梁孔部位。但是应力的最大值小于材料屈服极限，故整个梁的设计基本满足要求。

图7 应力视图

6. 结论

本文通过对梁结构的有限元分析，得出了梁在受力过程中的变形情况和应力变化情况，通过分析结果可以对不满足设计要求的部位进行改进，为后期的实物制造节约时间和成本，从而可以避免浪费大量的人力和财力。本例的分析结果表明，结构的强度基本上满足设计要求。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/1yxd.html