复合材料开孔层合板有限元网格划分方法研究.pdf

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1、机械设计与制造第4期228MachineryDesign&Manufacture2013年4月复合材料开孔层合板有限元网格划分方法研究谢军伟，刘维国，詹国宁(中国舰船研究设计中心，湖北武汉430064)摘要：对复合材料开孔层合板有限元建模过程中网格划分方法进行量化研究。应用参数化的方法建立多种板宽孔径比、多种铺层比例的开孔层合板模型，逐级调整网格密度，计算单轴拉伸载荷作用下孔边最大应力集中系数。根据有限元结果，结合牛顿插值的数值计算方法，模拟出开孔层合板合理的网格密度划分方程。然后，对该网格划分方程下计算的数值解进

2、行试验验证与解析解验证。结果表明，这种网格密度划分方程能有效地降低计算误差，可以在板宽孔径比大于3的复合材料开孔层合板的有限元计算中广泛使用。关键词：网格密度；开孔；应力集中系数；单轴拉伸中图分类号：TH16；TB33文献标识码：A文章编号：1001—3997(2013)04—0228—04StudyonFiniteElementMeshingofCompositeLaminateswithCutoutXIEJun-wei，LIUWei-guo，ZHANGuo—ning(ChinaShipbuildingStudy

3、andDesignCenter，HubeiWuhan430064，China)Abstract：Itcarriesoutthequantitativeresearchonfiniteelementmeshingofcompositelaminateswithcutout．Throughparametricmethod，differentcompositelaminateswithdifferentplatewidthtocutoutdiameterrat／o(W／D)aremodeled．Then，toadjust

4、meshdensity，itcaleulatesthemaximumstressconeentrationcoefficientaroundthecutoutofuniaxialtensioncompositelaminate．AccordingtoFEMresults，itcombinedwithNewton’sinterpolation，andameshingequationisderive~Theexperimentalresulttogetherwithanalyticalsolutionprovethat

5、thederivedequationCanreduceFEMerrorefectivety．AndtheequationCanwidelyusedinFEMofcompositelaminateswithcutoutwhenW／D>3．KeyWords：MeshDensity；Cutout；StressConcentrationCoeficient；UniaxialTension1引言有限元网格划分是进行有限元数值模拟分析至关重要的一随着有限元软件在工程实践中的广泛应用，如何提高有限步，它直接影响着后续数值计算结果

6、的精确性。主要研究复合材元结果的精确度成为了一个热点问题。料开口层合板的网格划分方法。目前，复合材料结构已广泛应用于航空、航天、船舶等领域。2网格划分方程层合板是复合材料中使用最多的一种结构型式，它具有很好的结2．1单轴拉伸开口层合板应力分析构可设计I生。航空、航天、船舶结构由于检查、维修、导管通过等原所研究对象是承受单轴拉伸载荷作用的开口层合板，如图1因，需要很多开口。在这种带开口复合材料层合板结构的有限元分析中，常常因网格划分不合理以致有限元仿真结果与实际情况所示。假设开口为中心圆孔，孑L边受均布载荷o-o。偏

7、差较大。国内外对有限元模型网格划分进行了深入研究。文献I-吩析了划分网格的中关于网格数量、阶次、质量等方面的一些基本原则⋯。文献目从几何模型建立方法的角度分析了不同网格划分方法的使用范围。一些科研人员从有限元网格单元的选择、划分，到网格质量检查，全面系统地介绍了模型离散化的全过程。一些科研人员研究了结构仿真高精度有限元网格划分方法，提出了关键性区域的概念，并得出有限元求解模型中所有关键性区域的网格划分水平决定整个有限元模型的计算结果精度的论断f4】。但是这些文图1开孔层合板IFig．1CompositeLamina

8、tes1withCutout献都经验性地强调应该在应力集中点进行网格加密，缺乏明确的量化准则。若层合板为无限大板，孑L两侧沿Y轴的应力分布近似为来稿日期：2012—66—14作者简介：谢军伟，(1984一)，男，河南准阳人，工程师；主要研究方向：船体结构；刘维国，(1961一)，男，山东烟台人，高级工程师，主要研究方向：船舶总体设计第4期谢军伟等：复合材料开