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| 新十杰膜結(jié)構(gòu)膜材ANSYS的找形方法 |
| 作者：admin 來(lái)源： 日期：2015/1/14 13:17:47 人氣： |
| 1．單元類型 采用SHELL181和LINK180。其原因如下分析。 ANSYS提供了膜單元（SHELL41）以及其它的殼單元（SHELL181、SHELL63等），膜單元考慮了膜的性質(zhì)，不抗彎、不抗壓。但SHELL41單元不能直接指定初應(yīng)力，而在找形分析中初應(yīng)力需要用來(lái)模擬預(yù)應(yīng)力，是必不可少的，雖然可以通過(guò)溫度應(yīng)力來(lái)達(dá)到預(yù)應(yīng)力的目的但在給定預(yù)應(yīng)力的前提下很難確定什么樣的溫度分布可以產(chǎn)生相應(yīng)的預(yù)應(yīng)力，所以也不實(shí)用。 SHELL181單元是一個(gè)殼單元，可以用于薄殼到厚殼結(jié)構(gòu)，其單元公式中包含了抗彎剛度和抗壓剛度。但我們可以通過(guò)采用極薄的殼來(lái)克服這些剛度。首先實(shí)際的膜結(jié)構(gòu)是沒(méi)有彎曲剛度的，其受力形態(tài)為張拉力，通常膜結(jié)構(gòu)的剛度都可以用面剛度給出即E×T的值，其中E為彈性模量，T為膜的厚度。所以我們可以設(shè)定SHELL181單元的厚度為很小的值，同時(shí)按比例調(diào)整材料的彈性模量，只要保證E×T的值不變就可以了。而在厚度很小的情況下殼單元的彎曲剛度會(huì)很小以致可以忽略不計(jì)，這樣就達(dá)到了沒(méi)有彎曲剛度的要求，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，讓單元厚度小于結(jié)構(gòu)典型尺寸的千分之一就可以滿足要求。一般認(rèn)為索膜是不抗壓的，但不抗壓的結(jié)果是索膜在面內(nèi)壓力作用下會(huì)起皺，是一種彎曲現(xiàn)象，所以從本質(zhì)上來(lái)講，不抗壓的表面現(xiàn)象是由于沒(méi)有彎曲剛度引起的（類似于屈曲），因此只要如上將殼的厚度變得很小，則殼實(shí)際上就沒(méi)有抗壓強(qiáng)度了，因?yàn)槠胶鈶B(tài)是一個(gè)空間曲面，一旦產(chǎn)生，結(jié)構(gòu)就會(huì)產(chǎn)生彎曲（褶皺）。而且用這種單元還有一個(gè)好處，它保留的極小的彎曲剛度還會(huì)有利于計(jì)算穩(wěn)定，為載荷分析中可能出現(xiàn)的皺褶情況下地計(jì)算收斂提供幫助，有助于模擬出皺褶形狀（這正好反映了這樣一種情況：實(shí)際的索膜結(jié)構(gòu)彎曲剛度也不是完全為0）。 LINK180單元是一個(gè)桿索單元，其單元公式中就沒(méi)有包括抗彎剛度，所以不必進(jìn)行什么特別的處理就適合于模擬索，這里就不用多說(shuō)了。這兩種單元都可以指定初應(yīng)力，為找形分析提供了必備條件。 2．找形方法步驟 2.1．建立初設(shè)形態(tài)的模型 初設(shè)形態(tài)由支座點(diǎn)控制，以支座點(diǎn)為控制關(guān)鍵點(diǎn)，建立初設(shè)形態(tài)幾何模型（包括面、線）并劃分單元，注意具有不同預(yù)應(yīng)力的單元最好指定不同的材料，以方便指定初應(yīng)力。單元應(yīng)該采用三角形形狀，因?yàn)樗髂そY(jié)構(gòu)空間曲面可能扭曲，用四邊形時(shí)計(jì)算過(guò)程中可能由于單元扭曲出現(xiàn)問(wèn)題。 2.2．施加約束（通常在支座點(diǎn)）。基于索膜的特點(diǎn)，僅約束平動(dòng)自由度。 2.3．指定初應(yīng)力。需注意的是，ANSYS初應(yīng)力基于單元坐標(biāo)系。另外，如果結(jié)構(gòu)中每種材料具有同樣的初應(yīng)力，則可以直接用命令I(lǐng)STRESS完成初應(yīng)力施加，如果每種材料具有不同的初應(yīng)力，則需要通過(guò)初應(yīng)力文件來(lái)施加，可以通過(guò)命令流自動(dòng)生成初應(yīng)力文件。具體參見(jiàn)后面的算例命令流。 2.4．打開(kāi)大變形效應(yīng)，進(jìn)行計(jì)算。通常初設(shè)形態(tài)下預(yù)應(yīng)力不會(huì)平衡，會(huì)產(chǎn)生位移，預(yù)應(yīng)力會(huì)由于位移而釋放。也就是說(shuō)，計(jì)算結(jié)束后應(yīng)力狀態(tài)將和預(yù)應(yīng)力不一致。 2.5．開(kāi)始迭代計(jì)算，如下： 2.5.1．開(kāi)始一個(gè)新分析，按照前一個(gè)形態(tài)的計(jì)算位移結(jié)果更新體型，采用UPGEOM命令。 2.5.2．設(shè)定初應(yīng)力（同前一個(gè)形態(tài)，由于開(kāi)始新分析時(shí)，初應(yīng)力會(huì)歸零，所以需要重新設(shè)置） 2.5.3. 判斷是否收斂。由于平衡的形態(tài)下預(yù)應(yīng)力不會(huì)引起任何位移，所以可以用結(jié)構(gòu)內(nèi)的最大位移來(lái)判斷是否收斂，即若當(dāng)前形態(tài)下產(chǎn)生的最大位移小于初設(shè)形態(tài)下最大位移的某一個(gè)百分比或小于某一個(gè)適當(dāng)?shù)慕^對(duì)值，則認(rèn)為收斂，一般來(lái)說(shuō)，這個(gè)百分比可取為0.1%－1.0%，另外絕對(duì)值可取為1e-4－1e-6，這個(gè)絕對(duì)值是為了防止初始形態(tài)即為平衡形態(tài)的情況，具體取值取決于精度要求。只要兩個(gè)條件滿足了一個(gè)，即可認(rèn)為收斂 2.5.4. 如果收斂，則最后更新一次體型，完成找形，新的體型則為平衡態(tài)體型。如果沒(méi)有收斂，回到2.5步繼續(xù)迭代 |
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