【NX Nastran單元庫】3.4 CBEND Element
CBEND單元適用于對彎梁結構進行建模。在我的博客3.1
● Principal bending axes must be parallel and perpendicular to the plane of the element (see Figure 3-27). 截面主慣性軸應相互平行,且垂直于單元所在的平面。
●The geometric center of the element may be offset in two directions (see Figure 3-27). 單元的幾何中心可以偏離節點(RC、ZC定義偏移量)。
● The offset of the neutral axis from the centroidal center due to curvature is calculated automatically with a user-override (DN) available for the curved beam form of the element. 曲率導致的幾何中心線與中性軸偏離可以自動計算,也可以由用戶輸入(PBEND中的DELTAN字段)。
● Four methods are available to define the plane of the element and its curvature. 定義單元所在的平面和曲率有四種方法(CBEND中的GEOM字段,詳見QRG中的Table 11-1)。
● Six methods are available in the curved pipe form to account for the effect of curvature on bending stiffness and stress. 有六種方法用于計算曲率對剛度和應力的影響。(PBEND中的FSI字段)
●The effect of internal pressure on stiffness and stress can be accounted for using four of the six methods mentioned in the previous item. 在前面這六種方法中,有四種可以考慮彎管內部的壓力對剛度和應力的影響。
●Axial stresses can be output at four cross-sectional points at each end of the element. Forces and moments are output at both ends. 可以輸出截面上的軸向應力、單元力和力矩。
●Distributed loads may be placed along the length of the element by means of the PLOAD1 entry. 采用PLOAD1可以設置沿單元長度方向的分布載荷。

CBEND單元格式:


PBEND屬性格式:

這里有一篇NASA的論文,其中提到了CBEND單元的應用。我用其中的案例做了練習,得到了一致的結果。
NASA Paper (With Femap)
The analysis shows that a bent tube exhibitsnonlinearity in stiffness both in compression and tension. The analyst's goal is to develop bounding loads and therefore, it is sufficient to use a model that provides reasonable tension stiffness.分析顯示,彎管在受到壓縮和拉伸載荷時,都表現出非線性特征。拉伸剛度和壓縮剛度不一樣。但這里是為了分析向上拉的力,因此模型只要能提供足夠準確的拉伸剛度就夠了。
彎管實測的拉伸剛度為1426 lbf/in。
全部采用CBEAM單元建模時,得到剛度為3930 lbf/in;
全部采用shell單元建模時,剛度為1560lbf/in;
直線段采用CBEAM單元、彎曲段采用CBEND單元時,剛度為1410lbf/in。
我們可以看出,全部采用CBEAM單元模擬彎管結構時,剛度比實際大很多,而采用CBEND單元對彎曲部分建模時,得到的剛度與實際非常接近。



My Work (With NX)
首先,在NX的建模環境畫出彎管的幾何模型(采用英寸單位制)。

然后進入高級仿真環境進行有限元分析。
為了確認幾何模型及材料設置與NASA論文一致,先采用shell模型進行分析,上端1in強制位移時的支反力為1558 lbf。即剛度為1558 lbf/in,與論文相符。

壓縮載荷非線性分析的結果(Y方向正應力):

全部采用CBEAM單元進行分析得到的結果如下,剛度為3902 lbf/in,確實比shell模型大很多。

下面介紹彎管CBEND單元的建模方法,直線段仍然采用CBEAM單元。

手冊中關于FSI(柔度應力增強因子)=2的說明如下,解釋了彎管的柔度和應力計算采用的公式。

以上CBEND模型,1in強制位移得到的支反力結果如下。剛度為1423 lbf/in與測試結果1426lbf/in非常接近。

總結:
對于彎梁結構,采用CBEAM單元會使得剛度偏大,不建議使用。
如果模型不是太大,可以使用shell 2d單元。如果模型太大,需要用1d單元簡化時,采用CBEND單元能夠準確模擬彎梁剛度。
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