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多点约束在模型处理与有限元分析中的应用是嘛

发布时间:2021-07-20 18:00:21 阅读: 来源:电热圈厂家

多点约束在模型处理与有限元分析中的应用

摘 要:本文以stran 为工具,研究了多点约束在复杂格模型处理中的应用,并以此为基础对某柴油机后处理装置进行了有限元分析,得出多点约束在格模型处理以及求解精度、求解策略与计算时间的节省上能够发挥很大作用,该处理方式对模型简化与复杂问题求解有实际指导意义。

关键词:多点约束;模型处理;后处理装置;有限元分析

1 引言

对于有限元分析工作者来说,格划分与模型前处理占据了大部分时间。通常对于简单模型,不同部件之间一般通过节点共用来连接。然而对于复杂模型,不同部件之间如果仍然运用节点共用的方式进行连接,格划分将变得异常艰难,有时候甚至不可能。在Abaqus中可以采用接触的方式来定义各部件之间的关系,但是接触的方式如tie 绑定这一关键词会增加面的刚度,而且在模型中如果应用了接触,结果的分析是非线性的,非线性分析收敛性问题也一直是摆在工程师面前的一个难将提升新材料保障能力贯穿始终题。对于非线性求解,如果模型比较大时,计算时间将非常长。Nastran 中MPC(Multi-Points-Constraint 多点约束)这一关键词能够很好解决上述问题,MPC 通过多点约束将不同的节点进行耦合,在MPC 内部合力为零,其不会增加结构的刚度,并且运用MPC 将各部件连接,其分析计算仍然可以是线性的,大大节省了计算时间。

本论文正是基于上述复杂模型建模的难点以及非线性计算时间长,对模型的格处理进行了研究。模型处理过程中,将Abaqus 中的接触对转化为Nastran 中的MPC,实现复杂模型不同部件之间格的连接,将非线性问题线性化。

2 有限元分析

2.1 实例模夹具的夹持力会随着磨耗而产生测试数据的误差型分析

如图1 所示为一个支架与圆筒壳体有限元模型,支架与壳体的材料均为SS409。有限元格模型共有节点15046 个,单元13218 个。在Abaqus 中先定义了支架与筒体的tie 接触,然后通过自编程序进行格式转化,将接触对转化成了Nastran 中的MPC。

图1 有限元模型(左:Abaqus 接触模型;右:Nastran 多点约束模型)

为了比较不同的模型处理方式对结果的影响,对三种不同的连接方式进行了模态分析,模态分析结果见表1:表1 支架筒体模态分析结果

由表1 可知,三种模型处理方式的各阶模态值相差不大,其中Nastran 中多点约束结果与节点共用的结果更加接近,通过接触对计算的结果略大,这也验证了前面所述某些接触约束会增加接触面的刚度,造成结果值偏大。

2.2 柴油机后处理系统有限元分析

如图2为某柴油机后处理排气系统有限元模型。整个有限元模型共有单元132058个,节点155815个。对于该系统而言,其其实模型相当复杂,零部件个数比较多,而且很多部件形状不规则。在模型的处理中选择了前面提到的先在Abaqus中不同部件间定义接触对,然后通过模型格式转化,将接触对转化为Nastran中的MPC,整个模型共定义了18对接触对,相应转化成了18个MPC。

图2 柴油机后处理系统有限元模型

为了考察路面激励对柴油机后处理系统的动态响应,对系统进行耐久性评估,在后处理系统支架上输入了如图3 所示位移激励:

如图4 为柴油机后处理系统承受图3 所示位移激励后的位移响应云图,其中Y 方向的响应最大,最大响应为22mm,最大响应的位置在波纹管的出口端。如图5 为柴油机后处理系统承受位移激励后的应力云图,其中最大等效应力为104MPa,最大均方值应力为43MPa,最大应力位置发生在内外腔的点焊连接处。

图4 X,Y,Z 三方向位移响应云图

图5 等效应力与均方值应力云图

3 结论

本文对复杂零部件不同部件之间的连接进行了分析比较。分析表明:Nastran 中MPC 可以有效解决零部件之间的格对应关系,相比接触对连接,其不增加连接面的刚度,且可以将复杂的非线性分析转化成线性求解。该方法的成功应用,能够为复杂模型的简化与求解节省大量计算时间,具有实际意义。

4 参考文献

[1]李军毅 钱纯并可手动清除峰值;该机适用于做铸铁及钢纤维混凝土井盖的抗压强度实验;JC889⑵001《钢纤维混凝土检查井盖》等编著 大型通用有限元程序系统 MSC. NASTRAN 基础培训教材 1999.5(end)

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