体_壳单元组合建模法在圆柱壳开孔结构有限元分析中的应用

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1、第37卷第9期舰船科学技术Vol．37，No．92015年9月SHIPSCIENCEANDTECHNOLOGYSep．，2015体－壳单元组合建模法在圆柱壳开孔结构有限元分析中的应用1112虞班海，刘勇，马建军，张涛(1．武汉第二船舶设计研究所，湖北武汉430205;2．华中科技大学船舶与海洋工程学院，湖北武汉430074)摘要:研究体－壳单元组合建模法在圆柱壳开孔结构有限元分析中的应用，主要考虑多点约束(MPC)法在处理体单元与壳单元连接时的计算精度和效率。在Ansys中建立相应的模型，并与全壳单元模型及全实体单元模型的

2、计算结果进行对比。结果表明，采用体－壳单元组合建模的模型在孔周壳板应力、结构屈曲模态及极限失稳响应等方面的计算结果与全壳单元模型及全实体模型偏差较小，结果比较可靠。关键词:多点约束(MPC);体单元;壳单元;圆柱壳开孔结构中图分类号:U674．03文献标识码:A文章编号:1672－7649(2015)09－0024－06doi:10.3404/j.issn.1672－7649.2015.09.006Finiteelementanalysisofcylindricalshellwithopeningusingcombinat

3、ionmodelofsolidelementandshellelement1112YUBan-hai，LIUYong，MAJian-jun，ZHANGTao(1．WuhanSecondShipDesignandＲesearchInstitute，Wuhan430064，China;2．SchoolofNavalArchitectureandOceanEngineering，HuazhongUniversityofScienceandTechnology，Wuhan430074，China)Abstract:Inthispa

4、per，thestructureofcylindricalshellwithopeningusingcombinationmodelofsolidelementandshellelementwasanalyzedbyfiniteelementmethod．Multipointconstraint(MPC)methodismainlyusedtosolvetheconnectionbetweensolidelementandshellelementwhenconsideringthecalculationaccuracyan

5、defficiencyofthemodel．Themodelofsolid-shellelementisestablishedinAnsys，andcomparedwiththemodelofshellelementandthemodelofsolidelement．Theresultshowsthatintheaspectsofthestressofthepressurehullneartheopening，bucklingmodeofthestructureandinstabilityresponse，thecombi

6、nationmodelofsolidandshellelementisalmostequaltotheothers，itisconvincible．Keywords:multipointconstraint(MPC);solidelement;shellelement;cylindricalshellwithopening采用有限元法分析圆柱壳开孔结构时，一般有0引言［1］2种建模思路:一是整体结构全部采用壳单元建在设计潜艇结构时，通常要在耐压壳体上开各立，该方法能较好地模拟环肋圆柱壳结构在静强度种尺度的圆孔，部分开孔甚至

7、还要切断耐压肋骨。下的应力分布，但在计算结构极限承载能力时所得［2］对于这种结构，一般通过加强围壁来提高开孔附近到的极限失稳压力解偏保守，且有的孔直径与加壳板的结构强度及稳定性。由于开孔结构力学特性强围壁板厚度之比较小，无法满足壳的基本属性;［3］的复杂性，设计时除采用开孔设计规范外，通常还耐压壳体开孔结构全部采用体单元进行建模，该采用通用有限元软件，如Ansys对耐压壳体开孔结方法虽然能较准确的计算出结构的极限失稳压力，构进行比较全面的分析计算。但当结构复杂时，会给建模带来困难，并且同样的收稿日期:2014－10－08;

8、修回日期:2014－11－24作者简介:虞班海(1991－)，男，硕士研究生，研究方向为潜艇结构设计。第9期虞班海，等:体－壳单元组合建模法在圆柱壳开孔结构有限元分析中的应用·25·模型，用体单元划分网格会导致节点数目过多，使1.2有限元模型计算机的工作量过大，计算效率较低。为了方便比较，本文建立以下3