板壳单元模型中非均匀载荷的处理方法探讨

　　在ANSYS程序包中,用于结构计算分析的单元有很多,选取不同的单元类型,可能导致计算分析效率的很大不同.而采用何种单元类型,又必须视其 分析的目的和是否满足力学简化条件而定.梁单元类型是有限元分析计算中效率最高的一类单元,而且梁单元的分析模型修改方便.但能否采用梁单元分析的前提条 件之一,是构件的外形尺寸必须满足梁高和梁跨之比小于1/3的力学简化条件;其次分析的目的不在于结构的局部应力.

　　随着焊接技术在结构制造领域中的广泛运用,为减轻结构重量,人们采用了大量的薄壁箱型结构.这类结构的采用,导致运用梁类单元分析该类结构无法 揭示结构局部细节应力的缺陷.于是板壳单元分析模型在该类结构分析中就运用得越来越普遍.但由于板壳模型的创建繁杂、不利于修改等缺陷,致使该类模型的计 算效率大大低于梁类单元的模型.所以在产品开发的设计前期,仍然较多的采用梁类单元进行初步的分析计算,只是在设计的后期才运用板壳模型进行验算.由于板 壳模型的分析主要目的就是揭示结构局部区域的应力情况,因此该类模型的分析结果,对边界条件(载荷条件和位移条件)的敏感度,较梁类单元的模型高得多,处 理不当常常出现局部虚假的高应力区.因此板壳单元的分析模型,边界条件的合理处理,是该模型分析成功的关键.本文的中心任务就是探讨板壳单元模型中非均匀 分布载荷的合理处理方法

　　1　非均匀载荷条件的传统处理

　　由于结构传力中弯矩的存在,在很多的板壳模型中,常常遇到的一个问题就是非均匀分布的载荷处理.为简化换算过程,通常的简化处理方法是处理成节点载荷,即按照节点的位置及节点载荷呈线性分布的原理(图1),按照力矩等效的方法计算得出:

　　确定出了Pmax后,按照各力之间的比例关系,就可以推算出各节点上的载荷值[1].

　　笔者曾运用该方法处理DLQ25轮胎起重机底架的分析(2000年ANSYS年会论文集).很明显,该种简化处理方法的换算结果受模型在该区域节点划分的影响,而且由于该方法并非按照功的互等原理转化而来,因此在节点分布不规则时,可能出现局部结果失真的情况.

　　2　借助表功能的面载荷和线载荷处理方法

　　在ANSYS软件包中提供了一种表类型的数组参量,ANSYS程序能够自动计算表数组中明确定义的元素之间的任意值(通过线性插值).运用表数 据的这种特性,可以直接定义面上压力载荷的分布规律,通过solution模块中的pressure命令作用到模型中,而对于面力载荷的处理,ANSYS 程序会自动按照功能互等的原理处理为等效的节点载荷.现在的问题就是确定压力载荷的具体数值[2].