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| 新十杰膜結構膜材ANSYS的找形方法 |
| 作者：admin 來(lái)源： 日期：2015/1/14 13:17:47 人氣： |
| 1．單元類(lèi)型 采用SHELL181和LINK180。其原因如下分析。 ANSYS提供了膜單元（SHELL41）以及其它的殼單元（SHELL181、SHELL63等），膜單元考慮了膜的性質(zhì)，不抗彎、不抗壓。但SHELL41單元不能直接指定初應力，而在找形分析中初應力需要用來(lái)模擬預應力，是必不可少的，雖然可以通過(guò)溫度應力來(lái)達到預應力的目的但在給定預應力的前提下很難確定什么樣的溫度分布可以產(chǎn)生相應的預應力，所以也不實(shí)用。 SHELL181單元是一個(gè)殼單元，可以用于薄殼到厚殼結構，其單元公式中包含了抗彎剛度和抗壓剛度。但我們可以通過(guò)采用極薄的殼來(lái)克服這些剛度。首先實(shí)際的膜結構是沒(méi)有彎曲剛度的，其受力形態(tài)為張拉力，通常膜結構的剛度都可以用面剛度給出即E×T的值，其中E為彈性模量，T為膜的厚度。所以我們可以設定SHELL181單元的厚度為很小的值，同時(shí)按比例調整材料的彈性模量，只要保證E×T的值不變就可以了。而在厚度很小的情況下殼單元的彎曲剛度會(huì )很小以致可以忽略不計，這樣就達到了沒(méi)有彎曲剛度的要求，根據經(jīng)驗，讓單元厚度小于結構典型尺寸的千分之一就可以滿(mǎn)足要求。一般認為索膜是不抗壓的，但不抗壓的結果是索膜在面內壓力作用下會(huì )起皺，是一種彎曲現象，所以從本質(zhì)上來(lái)講，不抗壓的表面現象是由于沒(méi)有彎曲剛度引起的（類(lèi)似于屈曲），因此只要如上將殼的厚度變得很小，則殼實(shí)際上就沒(méi)有抗壓強度了，因為平衡態(tài)是一個(gè)空間曲面，一旦產(chǎn)生，結構就會(huì )產(chǎn)生彎曲（褶皺）。而且用這種單元還有一個(gè)好處，它保留的極小的彎曲剛度還會(huì )有利于計算穩定，為載荷分析中可能出現的皺褶情況下地計算收斂提供幫助，有助于模擬出皺褶形狀（這正好反映了這樣一種情況：實(shí)際的索膜結構彎曲剛度也不是完全為0）。 LINK180單元是一個(gè)桿索單元，其單元公式中就沒(méi)有包括抗彎剛度，所以不必進(jìn)行什么特別的處理就適合于模擬索，這里就不用多說(shuō)了。這兩種單元都可以指定初應力，為找形分析提供了必備條件。 2．找形方法步驟 2.1．建立初設形態(tài)的模型 初設形態(tài)由支座點(diǎn)控制，以支座點(diǎn)為控制關(guān)鍵點(diǎn)，建立初設形態(tài)幾何模型（包括面、線(xiàn)）并劃分單元，注意具有不同預應力的單元最好指定不同的材料，以方便指定初應力。單元應該采用三角形形狀，因為索膜結構空間曲面可能扭曲，用四邊形時(shí)計算過(guò)程中可能由于單元扭曲出現問(wèn)題。 2.2．施加約束（通常在支座點(diǎn)）�；谒髂さ奶攸c(diǎn)，僅約束平動(dòng)自由度。 2.3．指定初應力。需注意的是，ANSYS初應力基于單元坐標系。另外，如果結構中每種材料具有同樣的初應力，則可以直接用命令I(lǐng)STRESS完成初應力施加，如果每種材料具有不同的初應力，則需要通過(guò)初應力文件來(lái)施加，可以通過(guò)命令流自動(dòng)生成初應力文件。具體參見(jiàn)后面的算例命令流。 2.4．打開(kāi)大變形效應，進(jìn)行計算。通常初設形態(tài)下預應力不會(huì )平衡，會(huì )產(chǎn)生位移，預應力會(huì )由于位移而釋放。也就是說(shuō)，計算結束后應力狀態(tài)將和預應力不一致。 2.5．開(kāi)始迭代計算，如下： 2.5.1．開(kāi)始一個(gè)新分析，按照前一個(gè)形態(tài)的計算位移結果更新體型，采用UPGEOM命令。 2.5.2．設定初應力（同前一個(gè)形態(tài)，由于開(kāi)始新分析時(shí)，初應力會(huì )歸零，所以需要重新設置） 2.5.3. 判斷是否收斂。由于平衡的形態(tài)下預應力不會(huì )引起任何位移，所以可以用結構內的最大位移來(lái)判斷是否收斂，即若當前形態(tài)下產(chǎn)生的最大位移小于初設形態(tài)下最大位移的某一個(gè)百分比或小于某一個(gè)適當的絕對值，則認為收斂，一般來(lái)說(shuō)，這個(gè)百分比可取為0.1%－1.0%，另外絕對值可取為1e-4－1e-6，這個(gè)絕對值是為了防止初始形態(tài)即為平衡形態(tài)的情況，具體取值取決于精度要求。只要兩個(gè)條件滿(mǎn)足了一個(gè)，即可認為收斂 2.5.4. 如果收斂，則最后更新一次體型，完成找形，新的體型則為平衡態(tài)體型。如果沒(méi)有收斂，回到2.5步繼續迭代 |
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