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I一DEAS软件工程分析部分的特点、功能和计算实例

论文编号:lw201205081338327839 所属栏目:管理工程论文 发布日期:2018年02月02日 论文作者:无忧论文网

1引言

2主要特点

3主要功能

3.1几何构造

3.2网格、结点和单元的生成

3.3载荷和边界条件

3.4模型解算

3.5后处理

4计算实例

4.1天线支架分析

4.2方位转台分析


论文代写——I一DEAS软件工程分析部分的特点、功能和计算实例


【摘要】文章概述了I一DEAS软件Vl•i版本工程分析部分的特点和功能。着重介

绍其中的FEM和ModelSolution两个模块。最后简介了该软件的工程实用情况。

关键词:软件模块

1引言

1一DEAS软件是美国SDRC公司开发的综合机械设计自动化软件。它由几大模块组成。而其中的有限元建模和解算部分是其主要组成模块之一主要用于工程分析。我们可以在机械工程设计过程中.使用该软件对结构进行力学分析,预测及发现问题,从而完善和改进工程设计。本文主要介绍I一DEAS软件工程分析部分的主要特点,主要功能及其实际工程应用情况。

2主要特点

在本论文中,该分析软件主要由前处理.解算和后处理三部分组成。(FiniteElementModeling)模块具有建立有限元模型和显示处理分析结果(即前,后处理)的综合功能。它含有几何构造,网格生成,单元结点产生,边界条件处理等基本功能,并且具有恢复分析结果的能力,能提供各种图形和量化工具以获得意义明确的结果。模型解算(ModelSolution)模块则对所建模型进行数学解算。

该软件的菜单系统能指导用户进行所有操作,它使用方便,具有瀑布式的分层结构菜单,图形菜单和对话块等效率较高的用户接口。

该软件具有很高的集成性。首先,有限元建模部分能与I一DEAS的实体建模(SolidModeling)部分直接联系,即能采用实体建模中生成的模型来生成网格,这大大降低了造型的工作量。其次它与模型解算和优化部分的集成可以无需文件传输或数据操作而提供分析结果。

该软件还提供了标准的I一DEAS关系数据库。另外,它还有与外部分析程序的接口,1一DEAS编程语言的功能以用于特殊目的。

总之,与其它软件相比,I一DEAS软件的工程分析部分有许多突出特点,特别是强大的前后处理功能,使它成为世界上先进的机械计算机辅助分析软件之一。

3主要功能

3.1几何构造

这一部分提供以下功能:

a在有限元建模模块内产生几何模型供生成网格使用。

b修改不在有限元建模模块内产生的几何模型以便对该模型生成网格。

具体内容包括:

a.定义坐标系和工作平面,产生点、直线和曲线等。

b.产生中间曲面、偏置曲面、规则曲面和相交曲面等。

c.直接从实体建模部分或其它CAD系统中存取曲面和实体几何元素。

d.增加、删除、编辑修改各种几何元素。

3.2网格、结点和单元的生成

这一部分功能主要包括选择有限单元类型和适当的网格密度,以建立描述结构刚度特性的有限元网格,产生结点和单元。该分析软件在生成网格技术方面.能以最少的用户交互操作和判断来加速建模过程并保证结果精度。

网格生成的方法有:

a.自由网格生成:自由网格由一个或多个环定义,它能产生具有内部空洞的复杂网格。我们可以在曲面和实体几何元素上生成用户可控制的分布式网格,从而产生线性或二阶四边形或三角形单元.或者线性或二阶四面体单元。

b.映射网格生成:映射网格是规则的“方格”网格,它仅能在三条或四条曲线组成的区域内生成,并且不能有内部空洞。我们可以在简单表面区域或简单体中生成形状一致的网格,

从而生成线性、二阶或三阶四边形或三角形单元,或者生成线性、二阶或三阶五面体(楔形)单元或六面体(砖型)单元。

c.直接生成:我们可以在I一DEAS软件内部,一步操作由实体建模中生成的实体直接生成网格。

生成网格后,我们接着就可以生成结点和单元。

此外,我们还可以不依赖任何几何元素而直接生成结点和单元。

随后,我们可以利用修改功配对生成的结点和单元进行编辑处理,例如结点和单元的移动、转动、拉伸、拷贝、反射、表面覆盖等功能。该软件还提供了一些检查模型质量的方法。例如,我们可以检查单元的重合、翘曲、畸变、内角和边中结点等。

该软件还具有独特的自适应网格生成功能。我们可以根据单元畸变或单元的标量分析结果,通过移动结点和/或分解单元以及重新划分网格来自动修改网格密度和单元形状,以消除单元畸变,改变单元数目,减小由网格引起的误差,以达到自适应网格生成的目的。

3.3载荷和边界条件

该软件具有多种定义载荷和边界条件的功能,以便我们能正确模拟实际情况。

我们能以各种方法方便地施加结点力,面压力,边压力,梁载荷,温度等载荷,还可以采用数据曲面的方式施加载荷。我们还能施加约束,自由度,相关约束等边界条件。另外,我们还能交互输入有关的物理特性和材料特性数据。

3.4模型解算

模型解算模块是l一DEAS软件的一个集成部分,即分析时不需要产生任何附加输入文件.这样既减少了整个分析时间,又有助于通过保持建模,解算和结果解释之间的数据集成来保证精确程度。

模型解算模块提供了一组功能齐全的有限单元。常用的包括梁单元,壳单元,平面应力和平面应变单元,实体单元,轴对称单元等。另外,还有质量单元,弹性单元,间隙单元,刚性单元和约束单元供特殊用途使用。从单元拓扑结构和单元阶数来分,每种单元又可以具体分为各种单元型式。

模型解算模块主要用于静态分析。它包括组成工况,选择输出内容和选择一些其它有关参数。上述工作做完后就可以进入正式解算。该解算模块采用了专用的数值解算方法以减少计算时间。此外,该模块还提供了热传导分析,零件动态分析,潜流分析等功能。

针对不同的分析类型,我们可选择许多种输出内容。例如对于线性静态分析,我们可以输出结点位移,单元应力,单元应变,单元应变能等内容。另外,我们通过选择执行选项,可以选择批处理,交互处理以及其它一些数据的存贮问题。

分析程序能产生分析结果.错误信息,程序文件执行过程的响应等数据或信息。我们可以有选择地将一些结果存入记录文件。

3.5后处理

后处理的功能是通过屏幕显示或列表报告方式显示模型的分析结果。

首先,我们可以选择已有的分析数据集或通过处理存在的数据而产生的新数据集。这些数据确定了显示方法,显示内容等。

接着,我们可以选择要显示的图表类型。针对数据类型,后处理中可得到的图表有:变形几何图,等位线图,准则图,箭头图,二维或三维曲线图等,同时还能将每个图表制成表格。

4计算实例

下面选择两个应用实例,以说明软件的应用情况,供参考。

4.1天线支架分析

该天线支架用于支撑某雷达相阵天线在空间定位和作俯仰转动。天线俯仰轴两端通过轴承安装于左右两个支架的圆孔内。支架固定于收发机柜侧壁上。分析该支架的目的在于了解外载作用下,支架本身产生的挠度和应力情况。

该支架形状较复杂,其左上端有两面凸出的轴承孔,中部有减轻方孔.右端为固定安装板,两侧面有多根加强筋。该支架基本厚度为20rnm,所用材料为铸铝合金,弹性模量为E一6.9×10’。N/m,,每个支架上作用的夭线自重载荷为I000N。

针对该支架的实际情况,分析中选用了线性四面体实体单元。首先在实体建模部分生成支架的实体模型,然后转至有限元建模模块生成实体单元。实际产生结点705个.单元1842个。同时,将固定安装孔对应的结点加以约束,并且将载荷作用于轴承孔下端结点上。

4.2方位转台分析

该方位转台是某雷达中方位转动支承装置。当天线位于某方位工作时,风载和偏置重量载荷(共120。。N)通过滑动轴承作用于该转台上。在此进行力学分析的目的在于了解该转台的刚度和强度情况,为方案形成和工程设计提供理论依据。

该方位转台呈八角形形状,在两侧开有两个维修窗口,在其内部均匀布置了不同形状的12个加强筋,所有载荷均作用于上端滑道上。转台壁厚为20m。,材料为铸铝合金。考虑到该转台为薄壁箱形结构.分析中混合使用了空间任意方位的线性四边形和三角形薄壳单元。在整个网格生成中,转台的基本构成网格选用了自由网格生成方法.而加强筋和上部滑道等采用了直接生成方法,实际产生结点1025个,单元984个。另外,分别对作用于滑道上的偏载和风载进行了处理,并且将下端固定孔处的结点自由度全部加以约束。

由于转台的几何对称性及工作区域限制,我们分析了风向垂直于天线阵面并且风向分别为0°,-30°,-60°,-90°(相对于车尾方向)的四工况。

从分析计算结果可知,对变形和应力来说,均是第四工况最为不利。在第四工况时,由于转台变形引起的方位轴晃动量达10.72,第一工况时只有4.68。第四工况时,Von一Mise应力最大值为7.46丫1护N/耐,而第一工况为4.88火106N/m。最大应力区域均位于窗口两侧。分析其原因,主要是与维修窗口有关,在第四工况时.天线位于一900方位,此时滑道受力最大区域正好位于维修窗口上方。

从力学分析来看,在重量基本不增加的情况下,通过合理选择结构形式,布置加强筋和维修窗口,使该转台的刚度有了明显改善。从分析结果也显示,转台的变形和应力均满足工程使用要求。


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