板殼結構的有限元模態分析
工程結構分析中,除了常見的實體單元,板殼單元也是應用廣泛的一種有限元方法單元。尤其是在分析曲面薄壁結構中,殼單元比用實體單元方法效率要高很多,因此實際工程中廣泛應用。
通用有限元軟件WELSIM同時也支持對殼體結構的模態分析功能。只需要簡單的設置,用戶可以方便、快速、準確的得到結構件的固有頻率和振型。下面我們以薄壁圓筒為例,看看如何對其進行模態分析。
打開WELSIM軟件后。首先設置材料屬性。添加一個材料節點,并命名為myMat,設定楊氏模量為7.1e7 kg/(mm s2),泊松比0.33,質量密度2.7e-6 kg/mm3。這是一個鋁合金的材料。
設置分析類型,在FEM項目節點屬性中,設置分析類型為模態(Modal)。
通過導入含有曲面(Surface)幾何體的STEP文件來建立空心圓柱模型。并賦予myMat材料屬性。由于是板橋結構,還需要在Structure Type屬性中,設置為殼體(Shell),并設置殼體厚度(Thickness)為1。如圖所示:
在網格設置中,設置最大單元尺寸為2,其他采用默認設置。共生成了7,207個節點,14,288個Tri3單元。
對于沒有約束的三維結構,前6階的固有頻率為零。對于此薄壁圓筒模型,我們將一端的位移固定住。如圖所示,
點擊求解按鈕。系統默認是計算前6階模態,所以我們添加6個變型結果節點,來分別查看振型。為了更好的觀察變形,我們將變形顯示放大了10倍。
一階振型,固有頻率為297.8Hz。
二階振型,固有頻率為297.8Hz。
三階振型,固有頻率為379Hz。
四階振型,固有頻率為379Hz。
五階振型,固有頻率為764.1Hz。
六階振型,固有頻率為764.1Hz。
值得注意是,這里的變形結果數值并不是真實變形,只是一個相對參考值。右側的表格和底部的曲線窗口也給出了具體的固有頻率值。
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