基于Abaqus的体壳单元组合建模研究.pdf

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1、·信息技术·张俊飞，等·基于Abaqus的体壳单元组合建模研究基于Abaqus的体壳单元组合建模研究张俊飞，顾克秋，付帅(南京理工大学机械工程学院，江苏南京210094)摘要：在体壳单元组合有限元模型中，由于实体元与壳元的自由度不同，使得转动自由度不连续，计算结果往往与实际偏差很大。Abaqus中提供了一种多点约束法来实现三维实体元与壳元正确联接，阐述了其原理，并通过实例对两种单元联接参数设置的不同进行结果对比，给出了合理的处理方法，为有限元分析中体壳单元耦合及模型简化提供指导与借鉴。关键词：有限元；Abaqus；实体元；壳元；多点约束中图分

2、类号：TH112；TBI15．1文献标志码：A文章编号：1671—5276(2014)03-0102—03StudyofModellingonCombinationofSolidandThin-shellElementsBasedonAbaqusZHANGJun．fei。GUKe．qiu．FUShum(SchoolofMechanicalEngineering，NUST，Nanjing210094，China)Abstract：Inthefiniteelementmodelwiththecombinationofsolidandthin—sh

3、ellelements，theproblemsofdiscontinuityexitintheturningdegreeoffreedomsduetothediferenceofnodedegreeofthefreedoms．Thisresultsinabigdeviationbetweenthecalculat·edresultandthepractice．AkindofMPCmethodinAbaqusisputforwardtorealizecorrectiunctionofthesolidwiththin·shellele—ments

4、anditsprincipleisexplainedinthispaper．Ascomparedwiththediferentconnectedparameterssetforeachunit，thereasona—bleprocessingmethodisgivenout．Theguidanceandreferenceareprovidedforthecouplingofthesolidandthin-shellelementsinthefiniteelementanalysis．Keywords：FEM；Abaqus；solideleme

5、nt；thin-shellelement；MPC使具有不同物理自由度的单元类型组合在交接处公用节0引言点，这样在结构总刚度矩阵中叠加没什么问题，但在共用节点的某些方向存在自由度不连续的问题。如图1所示，很多情况下对整个模型各部分分别使用壳元与实体三维实体单元与壳单元在交接处共用节点，以节点i为元进行单元划分，不仅可以减少计算量，而且计算精度不例，三维实体单元在节点i的物理自由度为：受到影响。但是实体单元的每个节点都有3个自由度，即[6]=(“，，W)1，，U3；壳单元每个节点有6个自由度，即u1，，，式中：u，，W——分别是沿节点局部坐标系，

6、Y，URI，UR2，UR3，二者直接连接时由于本身自由度的不同坐标轴方向的位移。使转动自由度不连续，造成计算结果产生较大误差。传统而壳单元可看作平面应力单元与平板弯曲单元的组办法是使用约束方程法，就是把一个节点的某个自由度与合，在节点i的物理自由度为：．其他一个节点或多个节点的自由度通过某种关系联系起[6]：(ul，f，埘f，0，0，0)来。对于不同类型单元自由度不连续的问题，Abaqus可式中：0，0——分别为绕节点局部坐标系，提供一种有效的多点约束方法，本文以传统火炮下架的箱Y，坐标轴的转角。型结构前端部分为例，在分析Abaqus中体壳单

7、元组合建由于位移、力、刚度矩阵等都要转换到整体坐标系中，模原理及方法的基础上分别建立全实体、体壳单元组合两Otiz在坐标变换后就不等于0，因而上式将其保留。可以看类模型对比，验证其可行性，为有限元分析中体壳单元耦到，三维实体单元与壳单元在节点i处具有不同的物理自合及复杂有限元模型简化处理提供参考。由度。尽管按下标进行叠加能够形成总刚度矩阵，然而组合处的总刚度矩阵[K]对应于两种元素在连接处的所有1理论分析节点，绕整体坐标轴转动项的系数不都为0，而转角是不连续的，即三维实体元素在边界处形成铰接的结构力学分体壳组合结构模型是工程结构，尤其是大型复

8、合结构析模型，如图1所示，壳单元3可绕节点i与节点的连线有限元分析中经常需要采用的模型。在这种模型中，结构自由转动。这与实际结果显然有很大差别，如此离散后的的一部分