SAMCEF有限元分析与应用实例中的单元参数定义

2023-10-27 理论教育版权反馈

【摘要】：和体单元一样，用户可以在局部坐标系下定义质量和转动惯量特性。图5-39 定义复合材料层图5-40 复合材料体定义显示标志5.膜单元图5-41所示为膜单元定义对话框。图5-45 刚性梁单元定义对话框8.杆单元对于杆只需定义截面面积，如果是刚性的，可以定义杆的质量。图5-49 傅里叶壳单元定义对话框

1.体单元

体单元不需要输入任何参数，只需要选择是柔性体还是刚性体。此单元用于三维模型，如果是轴对称或者平面应变，也可以用于二维模型。如果选择Rigid类型，用户可以在局部坐标系下定义质量和转动惯量特性，体单元在模型上的标识符号为方块。体单元定义和集中质量单元（包括转动惯量）定义的对话框如图5-35所示。

图5-35 体单元和集中质量单元定义的对话框

2.壳单元

壳单元需要选择是柔性体还是刚性体，需要输入壳的厚度，也可以选择偏心位置，软件具有偏心处理的能力。和体单元一样，用户可以在局部坐标系下定义质量和转动惯量特性。

3.复合材料体壳

定义复合材料体壳的主要步骤如下。

（1）在Data Library中定义材料特性。

（2）复合材料壳的定义，如图5-36所示。在Layer Type下选择Laminate或Ply。铺层板（Laminate）是有规律的层，是定义了厚度、材料和纤维相对角度的层。

图5-36 复合材料体壳

（3）为创建一个多层的复合材料壳，选择“Laminate”，单击按钮打开对话框进行定义。如果创建一个单层壳，选择“Ply”。

层的堆积是沿着基面的法线方向从基面的底部到顶部。有限元的法线方向必须与几何的法线方向一致。

4.复合材料体单元

在5.0版本及后续版本中引入了复合材料体单元，其定义如图5-37所示。六面体多层单元描述厚壳，与复合材料壳单元相似，如图5-37所示。复合材料体单元有两个有限元假设，即复合材料厚壳“Composite Thick Shell”和复合材料体“Composite Volume”。此特性可以赋予六面体的下面，只有一个铺层可以赋予一层单元。

图5-37 复合材料体单元

例如，一个厚壳可以由一个面拉伸而成。此体可以使用“Element Type”通过Extrusion方法生成一层有限元网格，如图5-38所示。

图5-38 生成有限元网格

可以在拉伸的基面上赋予复合材料体特性。输入材料特性后在Hypothesis栏中选择Composite Volume。与复合材料壳一样建立复合材料铺层并赋予特性到下面的面（基面）上。定义复合材料层如图5-39所示。

单击OK按钮退出图5-39所示的对话框，在图5-37所示的对话框中输入其他数据之后，单击Apply按钮生成的复合材料单元定义显示标志，如图5-40所示。

图5-39 定义复合材料层

图5-40 复合材料体定义显示标志

5.膜单元

图5-41所示为膜单元定义对话框。膜单元只需定义膜厚度即可，膜单元的标识是一个无厚度的曲面。

图5-41 膜单元定义对话框

6.集中质量单元(www.chuimin.cn)

图5-42所示为集中质量单元定义对话框，用户在其中可以输入质量和转动惯量特性。集中质量单元的标识为六边形圆柱。注意，此单元有一个限制，即集中质量单元特性只能赋给几何点。

图5-42 集中质量单元定义对话框

7.梁单元

梁截面特性定义对话框如图5-43所示，梁截面库包括I、U、L、T、Z、长方形、空心长方形、圆形、空心圆形。

图5-43 梁截面特性定义对话框

用户可以自定义截面（如图5-44所示）。梁单元的标识是验证梁轴线方向的截面形状。

图5-44中是L和Z形截面的标识。

图5-44 自定义梁截面

截面局部坐标系用于定义梁截面与结构坐标系之间的方位。它表示截面局部坐标系的X轴与结构总体坐标系的轴方向一致。例如，如果Direction选择了Y，这就表明梁截面的X轴与结构总体坐标系的Y轴平行。

如果梁单元是刚性的，则需要定义截面面积（如图5-45所示），或者输入质量和质量惯量。

图5-45 刚性梁单元定义对话框

8.杆单元

对于杆只需定义截面面积，如果是刚性的，可以定义杆的质量。杆单元的标识是一个圆柱。

9.转子弹簧单元

图5-46所示为转子弹簧单元定义对话框。此单元可以模拟转子的轴承，可以定义刚度特性和阻尼特性。单击Stiffness Matrix右侧的按钮，进入如图5-47所示的刚度特性对话框。在图5-46中选择Damping复选框，则阻尼输入激活。单击Damping右侧的按钮，进入图5-47所示的阻尼定义对话框。转子弹簧单元的标识是一个圆柱。