【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 Overview of 1D (Line) Elements 中曾提到“對于曲桿、彎梁或彎管等中心線彎曲的結構,如果用CBEAM單元模擬,結果會剛度偏大,用CBEND單元更合適”。下面介紹CBEND單元的特點。
● 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。

1.jpg

CBEND單元格式:

2.jpg


3.jpg

PBEND屬性格式:

4.jpg


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。

5.jpg

6.jpg


7.jpg


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)。

8.png

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。

9.jpg


壓縮載荷非線性分析的結果(Y方向正應力):

10.jpg

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。

11.png

下面介紹彎管CBEND單元的建模方法,直線段仍然采用CBEAM單元。

12.png


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

13.png

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。

14.jpg

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。

登錄后免費查看全文
立即登錄
App下載
技術鄰APP
工程師必備
  • 項目客服
  • 培訓客服
  • 平臺客服

TOP

7
1