hypermesh梁壳单元混合建模实例

HyperMesh梁单元与壳单元的混合建模

本文根据工程实例,应用有限元软件HyperMesh 11、0进行梁单元与壳单元的混合建模,并在其中详细论述,梁单元在与壳单元混合建模的过程中如何对梁单元进行偏置处理,保证梁单元与壳单元的所有节点完全耦合。

在焊接工艺中,梁单元与壳单元的使用可以大大提高整体焊接结构的抵抗变形能力,避免单独使用壳单元时强度与刚度的不足。HyperMesh软件中提供了大量标准梁的截面,也可以通过实际应用需求单独创建梁截面。

在1D面板中点选HyperBeam选项,如图1所示。

图1 1D面板中的HyperBeam选项

HyperBeam中提供了大量的梁截面,如图2所示。

图2 HyperBeam下的各种梁截面

图2中红色箭头所指的就是各种标准梁截面的属性,包括H型梁,L型梁,工型梁等等。可以根据实际需求进行选择,而且可以自己独立进行尺寸编辑。图2中的shell section可以建立独立的壳截面,solid section可以建立独立的实体截面。在建立完成各种梁的截面属性之后,可以通过edit section进行梁截面属性的修改。

以上主要介绍了1D梁单元的使用情况,下面将根据工程实例对壳单元与梁单元的混合建模进行详细的介绍。图3就是梁单元与壳单元焊接之后的三维图,图4就是图3中梁单元以1D显示的情况。二者之间的切换功能键如图5所示。

图3 梁单元与壳单元焊接之后梁单元以3D显示

图4 梁单元与壳单元焊接之后梁单元以1D显示

图5 梁单元1D与3D之间的切换功能键

下面介绍梁单元的具体创建方法,不再讲述壳单元的建立方法。首先建立Beam Section,在软件左侧右键create--Beam Section,在出现的对话框窗口中对Bean进行命名。具体的过程如图6所示。

图6 Beam的建立过程

之后进入1D--HyperBeam面板,选择Standard section选择Standard Channel面板,打开面板后对各个参数进行修改,如图7所示。左侧的红色框内的区域就是进行具体尺寸的修改,修改的结果会以直观的形式显示在图形界面中,右侧的红色方框就是梁界面的各个力学参数。注意梁的方向,梁的长度方向就是X 轴,图形中的就是梁的Y轴与Z轴。在梁的方向的选取过程中Y轴为第一方向。

图7 梁的各个参数的修改

之后建立梁的属性,同样在软件左侧位置右键创建属性,弹出属性创建的选项卡片,在Type中选择1D,在Card image中选择PBEAM,单击确定按钮,如图8所示。

图8 梁属性的创建及其卡片的设置

以上过程都处理好之后进行具体梁与壳单元的混合建模,进入1D--line mesh 卡片里面,如图9所示。

图9 1D--line Mesh卡片

进入之后会发现有很多按钮,具体的功能介绍:左上角位置就是进行节点或或者线的选择,也就就是说梁在节点或者线上进行创建。左下角的auto功能键就是确定梁的如何摆放,element config就是选择进行梁还就是杆的创建,文中我们选择bar2。Offset就是表示梁向哪个方向进行偏置,ax ay az表示梁单元的第一个端点,bx by bz表示梁单元的第二个端点。具体如图10所示:

图10 Line Mesh具体功能图

在已经建立好的壳单元中选择一排节点,并建立一个壳单元与梁单元的混合建模,按照图5把梁单元的显示方式切换为3D,建立好的有限元模型图如图11所示:

图11 梁单元与壳单元混合模型的3D显示

由图11可以瞧出,虽然梁单元与壳单元进行了混合建模,但就是3D情况下二者之间仍有缝隙,为了能够与实际梁单元与壳单元焊接一样,要进行梁单元的偏置。把梁单元的x轴进行偏置,偏置的过程要依据梁截面的属性与壳的厚度进行计算,偏置后的3D显示如图12所示:

图12 偏置后的梁与壳单元的3D显示图

以上过程中介绍了如何应用HyperMesh软件进行梁单元与壳单元的混合建模,以及梁单元面板中各个参数的如何设置及其说明,希望能够为广大工程人员提供帮助。