基于箱形梁CAD/CAE有限元分析

　　0　前言

　　CAE(ComputerAided Engineering)是用计算机辅助求解复杂工程和产品结构强度、刚度、屈曲稳定性、动力响应、热传导、三维多体接触、弹塑性等力学性能的分析计算以及结构性能的优化设计等问题的一种近似数值分析方法。

　　CAE系统的核心思想是结构的离散化,即将实际结构离散为有限数目的规则单元组合体,实际结构的物理性能可以通过对离散体进行分析,得出满足工 程精度的近似结果来替代对实际结构的分析,这样可以解决很多实际工程需要解决而理论分析又无法解决的复杂问题。其基本过程是将一个形状复杂的连续体的求解 区域分解为有限的形状简单的子区域,即将一个连续体简化为由有限个单元组合的等效组合体;通过将连续体离散化,把求解连续体的场变量(应力、位移、压力和 温度等)问题简化为求解有限的单元节点上的场变量值。此时得到的基本方程是一个代数方程组,而不是原来描述真实连续体场变量的微分方程组。求解后得到近似 的数值解,其近似程度取决于所采用的单元类型、数量以及对单元的插值函数。

　　有限元分析是利用数学近似的方法对真实物理系统(几何和载荷工况)进行模拟。利用简单而又相互作用的元素,即单元,通过对分析对象划分网格,求解有限个数值来近似模拟真实环境的无限个未知量。

　　1　本文分析采用的箱形梁参数

　　箱形梁见图1,参数见表1。

　　2　问题描述

　　(1)静力分析:求图1所示箱形梁载荷下的应力和变形以便进行强度和刚度校核。

　　(2)模态分析:求图1所示箱形梁结构的固有频率和振型。

　　3　分析模型

　　(1)首先建立CAD模型(在SOLIDWORKS2007中建立),模型如图2。

　　(2)再建立CAE模型(在HYPERMESH8. 0中建立),模型如图3

　　采用单元类型:壳体单元

　　单元边长: 150mm

　　划分单元数: 6429

　　划分节点数: 6450

　　约束处理方法:在梁的下盖板一边加x、y、z的线约束和x、z的转动约束,一边加y、z的线约束和x、z的转动约束。

　　载荷处理方法:按照以上参数的要求,在指定位置施加力P,大小为100000N;由于考虑重力,取重力加速度g=9. 8m/s2(载荷施加在节点上)。

　　4　分类分析

　　4. 1　静力分析

　　(1)强度校核

　　由图4,最大应力是113 MPa,位于腹板和下盖板交接处,而Q235-A的屈服强度是235MPa,安全系数=1. 33,而235/1. 33 =176. 69MPa,显然113MPa<176. 69MPa,故该结构的强度合适。

　　(2)应力分布特点