搜索應用 | 關于DM殼功能使用介紹
2017-09-20 by:CAE仿真在線 來源:互聯網
在構建諸如汽車車身、飛機引擎罩、發動機氣道、鈑金件以及其他薄壁結構的有限元模型時通常選用殼單元。殼單元能很方便的用于薄壁結構的建模,并且能極大的減少單元節點以及單元數,這樣避免了采用實體單元建模時候所帶來的復雜性和規模龐大的網格。
實體單元中,厚度是由節點的位置決定,而殼單元是單層的,厚度是由實常數決定的。由于殼單元的厚度獨立于幾何模型,因此可以很方便的進行參數化和優化設計。建立一個用于生成殼單元的面幾何模型要比建一個三維實體幾何模型簡單的多。
如圖1所示使用殼單元構建一個工字截面梁,左邊為實體模型,右邊是對應的殼單元模型,如果殼單元使用模型的頂面和底面生成,那么有限元模型的剛度與實際結構的剛度將發生很大的差別。
圖1.工資型梁的三維實體和中面殼單元模型
與模型的復雜程度有關,有的時候很難或不可能得到中面,許多時候分析人員只能用模型的頂面或底面,希望殼單元的偏置影響較小可以忽略,這樣做有的場合可以,有時則不行。而且,分析人員從來不知道這樣做帶來的誤差有多大。本文主要針對DesignModeler中的Thin/Surface功能做一個詳細全面的解讀。
本文以一個厚度為5mm,內徑為80mm,高為200mm的圓柱筒體與一個200×200×10薄板結構作為分析優化設置案例對功能做一個詳細全面的解析。模型如圖2所示。
圖2.案例分析模型
選中ANSYS Workbench中的菜單鍵"Thin/Surface",彈出下面的窗口
圖3.Thin/Surface的視圖顯示
在Selection Type的選項下有Faces to Keep、Faces to Remove、Bodies Only,分別是對當前面的保留,去除和體劃分。在Direction的選項下有Inward、Outward、Mid-Plane,分別對應內面、外面、中性面。在DesignModeler中中Selection Type和Direction選項的選擇將決定后續殼網格劃分的方向。
一、Faces to Keep
在本文中Selection Type選擇Faces to Keep,選中圖示所示的圓柱筒體的外表面和薄板的上表面進行抽殼處理。
圖5.抽殼前后示意圖
在Diretion下,選擇Inward和Outward,分別是向內或者向外進行殼結構的建立對應不同的圓柱筒體效果,如圖6所示:從圖6我們可以發現抽殼時候需要關注抽殼的方向,否者后續分析中會結構的偏置,導致結果的誤差。
圖6.Inward和Outeward效果示意圖
為了研究后續網格的劃分效果將Thickness設置不為0mm時候。DM建立的殼結構會在后續分析中自動轉化為實體結構。這不滿足對殼單元的劃分。因此為了在MESH中生成殼單元,在DM中Thickness必須是0mm。
圖7.殼單元的效果示意圖
當在DM中厚度設置為0mm時,在后續分析程序中殼體單元下也有Thickness和OFFSET Type兩個功能選項的補充;其中OFFSET Type中也會有Top,Bottom,Middle三種類。
對板結構與其它體接觸的面進行抽殼時,所選擇面會做為殼單元的Top面(見圖8),當板結構與其它面不接觸的時候進行抽殼時,所選擇的面會作為鈑金件真實厚度方向的Bottom面(見圖9);圓柱結構面向內為TOP面,向外為Bottom面。從下列圖示可以很清楚的認清兩種偏置的區別。
圖8.殼單元的方向示意圖(左邊是Top,右邊是Bottom)
圖9.殼單元的方向示意圖(都是對結構的內表面作為抽殼選擇面)
二、Faces to Remove
當選擇Faces To Remove時候,所選擇的面就會被祛除,其它面結構就會作為面體結構。
圖10.去除面后的示意圖
三、Bodies Only
當選擇Bodies Only時候,會將所選擇的體進行抽空,向內部厚度方向為Top的偏置類型,向外部的方向為Bottom的偏置類型。
圖11.選擇Bodies Only剖面示意圖
盡管使用殼單元有許多優點,但是也有一些缺點在使用時需要加以注意,
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首先,殼單元只適用于幾種結構類型,因為殼單元是假設彎曲應力沿殼單元厚度方向線性變化的;
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其次,在多數情況下為了得到較為理想的結果,殼單元一般需要建立在實體結構的中心層或中面上;
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最后,許多時候分析人員只能用模型的頂面或底面,這個時候需要分清楚殼單元的面體方向想,如果不清楚軟件中的殼體方向設置,需要在殼體面上做更多的檢查。
最后將采用殼模型對鈑金件的三種偏置情況進行對比說明,案例模型說明:在靜力學中給鈑金件的四周設置Fixed Support支持,在圓柱體上端添加200N豎直向下的作用力。
當鈑金件的OFFSETTYPE設置為Bottom時候
當鈑金件的OFFSETTYPE設置為Middle時候
當鈑金件的OFFSETTYPE設置為Top時候
真實情況下,偏置類型應該是Top,當選擇錯誤的偏置方向會導致結果出現比較明顯的誤差。因此正確的設置偏置類型對仿真精度是十分重要的。
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