所谓离散化,就是假想把被分析的弹性连续体分割成由有限个单元组成的集合体。
这些单元仅仅在节点处连接,单元之间荷也仅由节点传递。
连续体的离散化又称为网格划分。
离散而成的有限单元集合体将替代原来的弹性连续体,所有的计算分析都搭在这个计算模型上进行。
因此,网格划分将关系到有限元分析的速度和精度,以至计算的成败。
有限元离散过程中有重要环节是单元类型的选择。
这应根据被分析结构的几何形状特点,综合载荷约束等全面考虑。
选择单元位移模式这是单元特性分折助第步。
假设个简单的函数来模拟单元内位移的分布规律,这个简单的函数,通常是选择多项式,称为位移模式或位移函数。
多项式的项数及阶数将取决于单元的自由度数和有关解的收敛性要求。
单元位移模式又要转换成用节点位移来表示,所以它也决定了相应的位移插值函数。
从这里也可看到,选择合适助位移函数是有限元分析的关键,它将决定有限元解答的性质与近似程度,所以它的选样应遵循定的准则。
分析单元的力学性质在选择了单元类型和相应的位移模式后,即可按几何方程物理方程导出单元应变与应力的表达式。
然后应用虚功原理或变分法或其他方法建立各单元助刚度短阵,即单元节点力与节点位移之间的关系。
单元分析的另内容是将作用在单元上的非节点载荷移置到节点上,形成等效节点载荷矩阵。
因为有限单元法假设载荷是作用在节点上,并由节点传递的。
整体分析,组集结构总刚度方程整体分折的基础是依据所有相邻单元在公共节点上的位移相同和每个节点上的节点力与节点载荷保持平衡这两个原则。
它包括两方面内容是由各单元助刚度短阵集合成整体结构的总刚度矩阵二是将作用于各单元的等效节点力集合成结构总的载阵矩阵.这两项就组成了整体结构的总刚度方程.约束处理并求解总刚度方程引进边界约束条件,修正总刚度方程后,就可求得节点位移。
求解大型联立代数方程组的方法有很多,求解的时间占据了整个有限元计算时间的大部分。
计算单元应力根据求得的位移可以求出结构上所有感兴趣部件上的应力。
并能够绘出结构变形图及各种应力分量应力组合的等值图。
结构静力分析用于计算由那些不包括惯性和阻尼效应的载荷作用于结构或部件上引起的位移应力应变和力。
固定不变的载荷和响应是种假定,即假定载荷和结构的响应随时问的变化非常缓慢。
静力分析所施加的载荷包括外部施加的作用力和压力稳态的惯性力如重力和离心力位移载荷等。
通过结构强度和刚度的有限元静力分析,可以找到车架在各种工况下各零部件变形和应力的最大值以及分布情况。
以此为依据,通过改变结构的形状尺寸或者改变材料的特性来调整质量和刚度分布,使车架各部位的变形和受力情况尽量均衡。
同时可以在保证结构强度和刚度满足使用要求的前提下,最大限度地降低材料用量,使车架的自重减轻,从而节省材料和降低油耗,提高整车性能。
在有限元分析程序中,静力分析的控制方程表示为.式中结构刚度矩阵位移向量载荷向量。
在用方法进行车架结构的静态分析时,其基本原理是样的,即求解用矩阵形式表示的整个结构的平衡方程,得出.式中整体刚度矩阵,由单元刚度矩阵组集而成整个物体的节点位移列阵,由单元节点位移列阵组集而成载荷列阵,由作用于单元上的节点力列阵组集而成。
利用上式求解出节点位移,然后利用公式.和已求出的节点位移来计算各单元的力,并加以整理得出所要求的结果。
.式中与单元材料有关的弹性矩阵单元应变矩阵单元的节点位移矩阵。
经过计算得到车架应力和变形的结果,变形可通过后处理中模型的变形图直观地反映出来,应力的分布则以应力云图或在应力图中以等高线的形式表示。
节点处的应力是与之相连的单元的应力在节点位置的算术平均。
根据强度要求和材料的特性可以选择最大拉应力最大剪应力或综合应力作为强度校核基准,材料的失效以材料发生塑性变形为标志,因此对车架的静态强度校核可以根据第四强度理论,选择等效应力来判断车架结构的强度。
等效应力可以表示为.强度条件表示为.式中材料的许用应力。
概述作为个大型的分析软件,自世纪年代诞生以来,随着计算机和有限元理论的发展,在各个领域得到了高度的评价和广泛的应用。
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