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有限元分析進行產(chǎn)品設計計算，多半是根據(jù)現(xiàn)有機型編制針對實際的有限元強度分析計算程序進行的。已有的有限元計算通用程序如SAPS程序都是研究整體對象。實際研究的絕大多數(shù)問題是形體不規(guī)則且較復雜，所劃分的單元及節(jié)點數(shù)較多，出現(xiàn)了小型計算機內(nèi)存溢出。采用子結(jié)構(gòu)法對箱形結(jié)構(gòu)進行偶合分析計算，實現(xiàn)單元及節(jié)點數(shù)較多的結(jié)構(gòu)有限元分析，以解決大型復雜結(jié)構(gòu)與小型計算機內(nèi)存不足的問題。
由于箱形結(jié)構(gòu)上有許多軸孔而形成計算較為復雜的結(jié)構(gòu)。采用三維20節(jié)點等參數(shù)單元來劃分箱形結(jié)構(gòu)的離散網(wǎng)絡，以適應曲線或直線邊界以及曲面或平面邊界，較好地逼近實際結(jié)構(gòu)的形體。但形成了高階的整體剛度矩陣，極有可能超出計算機容量，在小型計算機上難于實現(xiàn)計算。為此，將箱形結(jié)構(gòu)劃分為三個子結(jié)構(gòu)，如圖所示。每個子結(jié)構(gòu)單獨建立力學模型，再進行有限元稠合分析計算。
依據(jù)線彈性結(jié)構(gòu)的疊加原理把各子結(jié)構(gòu)邊界固定，在子結(jié)構(gòu)內(nèi)部節(jié)點載荷作用下求出邊界節(jié)點反力；再把邊界放松，置內(nèi)部節(jié)點載荷為(O)，由邊界上力的平衡方程求出真實邊界位移；然后分別對每一子結(jié)構(gòu)進行分析。即將整體結(jié)構(gòu)劃分為子結(jié)構(gòu)，各子結(jié)構(gòu)之間通過邊界位移來藕合，計算出邊界節(jié)點位移后，各子結(jié)構(gòu)便相互獨立。式中節(jié)點位移向量及載荷向量。
為確定子結(jié)構(gòu)法計算程序FES的計算誤差，對箱形結(jié)構(gòu)進行了應變測量。按子結(jié)構(gòu)法劃分的節(jié)點處布置45。應變其中選擇內(nèi)部節(jié)點和邊界節(jié)點各10個測點。試驗載荷按靜態(tài)加載由測力傳感器測控加載大小。應變實驗裝置采用YJ-5型靜態(tài)變變儀和P20R-5型預調(diào)平衡箱構(gòu)成多點測量系統(tǒng)。測量線路采用半橋連接，其中一個為溫度補償片。主要測點應變換算成應力的測試結(jié)果與子結(jié)構(gòu)法有限元計算程序FES計算結(jié)果及其誤差見表結(jié)果表明，最大計算誤差為18.19%。
(1)測試結(jié)果表明，子結(jié)構(gòu)法計算程序FES計算結(jié)果與實測值基本一致，說明子結(jié)構(gòu)計算模型與程序FES正確，其計算誤差滿足工程計算要求。
(2)所研究的箱形結(jié)構(gòu)安全貯備量較大。
(3)子結(jié)構(gòu)法為在小型計算機上計算大型復雜結(jié)構(gòu)，尤其是組合結(jié)構(gòu)件的強度問題，提供了應用前景。
(4)分塊網(wǎng)絡劃分簡單、數(shù)據(jù)準備工作量較小，節(jié)省內(nèi)存單元且可減少計算時間。
專業(yè)從事機械產(chǎn)品設計│有限元分析│強度分析│結(jié)構(gòu)優(yōu)化│技術(shù)服務與解決方案
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