軸向剛度的案例
彈簧下樓梯Abaqus仿真，奇怪的自由落體行為之謎
案例1. slinky下樓梯仿真
它的軸向剛度 =0.002829095N/mm
一般的彈簧軸向剛度是多大呢？1~200N/mm !!! 相比之下，slinky幾乎沒有軸向剛度可言！
正因?yàn)檫@樣，slinky第一階梯走完之后，才有可能由收尾慣性段抵抗很小的軸向剛度，甩向下一階梯，并重復(fù)上一狀態(tài)。這是一個(gè)常規(guī)的動力學(xué)分析，材料屬性是普通的塑料線彈性本構(gòu)，模型的重點(diǎn)還是在邊界條件的處理上，建模時(shí)以下兩點(diǎn)需要注意：
殼單元可以節(jié)省計(jì)算量，最開始我嘗試的思路是采用更簡單的beam，但是接觸處理起來不太方便，通過嘗試發(fā)現(xiàn)使用殼時(shí)彈簧會站的比較穩(wěn)；
設(shè)置合適的邊界條件，保證走下第一個(gè)臺階時(shí)橫向位移不要超過臺階寬度，不然slinky很容易跑偏或整體滑下樓梯。
案例2. “詭異”的自由落體仿真
像上圖那樣丟過slinky的人可能會發(fā)現(xiàn)，它的底端，會神奇地表現(xiàn)出“反重力”的特點(diǎn)，是不是和你頭腦中的自由落體的感覺不太一樣？
為什么會這樣呢？
讓我們用Abaqus來一探究竟！
首先，要明白一個(gè)概念：初始應(yīng)力狀態(tài)。一般情況下我們丟的東西初始狀態(tài)都很放松，所以都表現(xiàn)正常。這個(gè)slinky呢，在吊起來被釋放之前，由于重力，體內(nèi)儲存了大量的應(yīng)變能，也就是通常說的彈性勢能，那么，約束解除之后，應(yīng)變能去哪了？
先看看力學(xué)過程，這個(gè)仿真可以分兩個(gè)過程，第一個(gè)過程是求解彈簧在重力作用下變形的靜力學(xué)過程；第二個(gè)過程是求解變形后的彈簧在重力作用下自由落體的動力學(xué)過程。而仿真建模的關(guān)鍵是在靜力學(xué)分析與動力學(xué)分析之間傳遞數(shù)據(jù)，共享應(yīng)力狀態(tài)：Standard to Explicit（用Abaqus做過沖壓成型-回彈分析的肯定對這個(gè)再熟悉不過了，過程和這里剛好相反：Explicit to Standard）。
展開 【CAE案例】結(jié)構(gòu)仿真對層壓木質(zhì)結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)進(jìn)行自動化非線性建模中的應(yīng)用
CLT板材在兩個(gè)主方向上有不同的抗彎剛度和平面穩(wěn)定性，在墻面和地板的建造中都有使用。
圖1 木材的各向異性
圖2 CLT板的結(jié)構(gòu)
木質(zhì)結(jié)構(gòu)在地震的整體表現(xiàn)主要由接觸和離散的連接結(jié)構(gòu)決定。連接結(jié)構(gòu)對壓縮沒有反力，但對拉力或剪力有尖銳的響應(yīng)，并且板與板之間的接觸是單邊的。
圖3 地震對結(jié)構(gòu)的作用方式
02 自動化建模方法
藍(lán)色：墻面
黃色：墻間接觸面
綠色：墻地板接觸面
暗紅：地板面
鮮紅：角支架（只有抗剪剛度的K_T_D_L 彈簧）
黑色：WC/WFC/FC（有抗剪剛度和軸向剛度的K_T_D_L 彈簧）
紫色：拉力構(gòu)件（只有軸向剛度的K_T_D_L 彈簧）
圖5 拉力構(gòu)件的力學(xué)響應(yīng)
圖6 網(wǎng)格
模型一共有449個(gè)面（61個(gè)CLT板），204個(gè)有接觸和摩擦的邊緣，1543個(gè)離散元件代表9種連接構(gòu)件，211個(gè)板件連接。所有的組和連接區(qū)域都是自動生成的。
03 計(jì)算結(jié)果
線性模型
無摩擦接觸
非線性模型
有接觸摩擦，μ=0.2
非線性模型
有接觸摩擦，μ=0.2
低加速度時(shí)的兩種建模的差別
（左）直接連接，（右）有接觸和摩擦
（左）時(shí)變場驗(yàn)證，（右） 累計(jì)場驗(yàn)證
04 結(jié)論與展望
檢驗(yàn)的應(yīng)力場包括：
1. 板子的軸向（壓或拉）力與扭矩結(jié)合產(chǎn)生的板在縱向的應(yīng)力；
2. 垂直于板的剪切力產(chǎn)生的縱向剪切應(yīng)力；
3. 板子的軸向（壓或拉）力與扭矩結(jié)合產(chǎn)生的板在橫向的應(yīng)力；
4. 垂直于板的剪切力產(chǎn)生的橫向剪切應(yīng)力；
5. 平面內(nèi)剪切應(yīng)力取總應(yīng)力和凈扭轉(zhuǎn)剪切應(yīng)力的較大者。
最終結(jié)果由真實(shí)比例的實(shí)驗(yàn)測試驗(yàn)證。
展開 基于ANSYS的U形波紋管熱應(yīng)力分析
本文基于非線性有限元理論,針對波紋管軸向剛度大,徑向剛度小,能承受較大的軸向位移和一定的內(nèi)、外壓力的特點(diǎn),采用ANSYS有限元軟件首次對整體波紋管進(jìn)行熱-應(yīng)力耦合分析,研究波紋管在交變載荷和溫度場的作用下剛度與位移、應(yīng)力應(yīng)變情況,并預(yù)測波紋管的疲勞壽命
基于ANSYS的U形波紋管熱應(yīng)力分析.pdf
VDI2230進(jìn)行螺栓強(qiáng)度評估中,對于Ssym的一些理解 ￥10
紅色變形體的中軸線可以理解為，軸線左右兩側(cè)的變形體軸向剛度K1’ = K2’
這里先給出本人推導(dǎo)的Ssym計(jì)算公式，及其驗(yàn)算結(jié)果。
計(jì)算思路和推導(dǎo)過程如下：
結(jié)構(gòu)分析中軸承的處理
從圖中可以看出，負(fù)載扭矩為8.75e5N.mm，同時(shí)還存在著40000N的載荷，對驅(qū)動端限制了軸向旋轉(zhuǎn)。需要說明的是，這不是一個(gè)真實(shí)的載荷工況，數(shù)據(jù)是隨意輸入的。
顯然，這樣的分析方式已經(jīng)忽略了一些不想關(guān)注的細(xì)節(jié)了，如輸入端的鍵槽（考慮到該處鍵槽只是單純傳遞扭矩，根據(jù)機(jī)械手冊相應(yīng)的軸選合適的鍵與鍵槽尺寸，設(shè)計(jì)工程師在這方面還是很靠譜的）。當(dāng)然其實(shí)在負(fù)載端，省略的可能存在的鍵連接的鍵槽在真實(shí)分析中是值得考慮的。
在兩軸承位置分別定義Bush Joint，通常軸承的徑向剛度值對結(jié)果影響不大，但對于長軸，同時(shí)對軸的剛性有要求的，這時(shí)候只能跟軸承供應(yīng)商溝通了。
通常一對軸承，一端是固定端，另一端是浮動端。在固定端的Bush Joint的軸向剛度定義個(gè)大值，以抑制整個(gè)模型的Z向剛性位移。
從整個(gè)軸的等效應(yīng)力云圖上看，軸頸處的應(yīng)力值最大，該處受彎扭矩復(fù)合應(yīng)力，同時(shí)存在應(yīng)力集中。同時(shí)考慮到彎矩產(chǎn)生的正應(yīng)力在主軸工作過程中是交變應(yīng)力，作為潛在的疲勞風(fēng)險(xiǎn)源，結(jié)合材料力學(xué)性能，值得關(guān)注。
源自CAE技術(shù)交流平臺
展開 VDI2230關(guān)于螺栓偏心彎矩和外載彎矩的一些理解 ￥10
在前文提及的，被夾緊件兩側(cè)等效變形區(qū)軸向剛度計(jì)算 和 被夾緊件計(jì)算偏心距Ssym已經(jīng)計(jì)算完成條件下，對螺栓彎曲應(yīng)力的計(jì)算梳理如下：
一：將螺栓彎曲問題計(jì)算模型簡化：
? 螺栓桿為可變形體；
? 螺栓頭/螺母理解為剛性體；
? 兩側(cè)被連接件抽取等效變形體為兩個(gè)壓縮彈簧；
二：螺栓擰緊過程的變形過程如下圖所示:
螺栓在初始預(yù)緊力Fn作用下，軸向壓縮兩側(cè)被連接件。由于兩側(cè)被連接件剛度不一致，螺栓產(chǎn)生一定彎曲變形。如果再有附加彎矩Me作用，螺栓彎曲變形加劇；
三：對螺栓所受載荷做如下分析：
? 兩側(cè)被夾緊件產(chǎn)生F1和F2的軸向作用力；
? 兩側(cè)等效彈簧作用在螺栓頭中點(diǎn)的距離分別為h1和h2；
? 附加彎矩為Me；
? 剛體螺栓頭產(chǎn)生彎轉(zhuǎn)角度與螺栓桿彎矩角度相同，為θ；
四：根據(jù)載荷/幾何關(guān)系，建立軸向力平衡方程和彎曲平衡方程，以及幾何變形協(xié)調(diào)方程：
? L為螺栓連接長度（忽略被連接件壓縮產(chǎn)生的長度變化）；
? E為螺栓的彈性模量；
? I為螺栓桿截面的慣性矩；
螺栓桿的支反力矩Ms，和兩側(cè)等效彈簧相較初始狀態(tài)產(chǎn)生△1和△2的壓縮量，是未知量。
三個(gè)方程可以求解三個(gè)未知量。螺栓桿的支反力矩Ms為主要所求對象；
展開 【米思米機(jī)械設(shè)備知識分享】- 滾珠絲杠的工作原理是什么
滾珠絲杠是工具機(jī)和精密機(jī)械上最常使用的傳動元件，其主要功能是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換成線性運(yùn)動，或?qū)⑴ぞ剞D(zhuǎn)換成軸向反復(fù)作用力，同時(shí)兼具高精度、可逆性和高效率的特點(diǎn)。
滾珠絲杠應(yīng)用
1.超高DN值滾珠絲杠：高速工具機(jī)，高速綜合加工中心機(jī)。
2.端蓋式滾珠絲杠：快速搬運(yùn)系統(tǒng)，一般產(chǎn)業(yè)機(jī)械，自動化機(jī)械。
3.高速化滾珠絲杠：CNC機(jī)械、精密工具機(jī)、產(chǎn)業(yè)機(jī)械、電子機(jī)械、高速化機(jī)械。
4.精密研磨級滾珠絲杠：CNC機(jī)械，精密工具機(jī)，產(chǎn)業(yè)機(jī)械，電子機(jī)械，輸送機(jī)械，航天工業(yè)，其它天線使用的致動器、閥門開關(guān)裝置等。
5.螺帽旋轉(zhuǎn)式（R1）系列滾珠絲杠：半導(dǎo)體機(jī)械、產(chǎn)業(yè)用機(jī)器人、木工機(jī)、雷射加工機(jī)、搬送裝置等。
6.軋制級滾珠絲杠：低摩擦、運(yùn)轉(zhuǎn)順暢的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)供貨迅速且價(jià)格低廉。
7.重負(fù)荷滾珠絲杠：全電式射出成形機(jī)、沖壓機(jī)、半導(dǎo)體制造裝置、重負(fù)荷制動器、產(chǎn)業(yè)機(jī)械、鍛壓機(jī)械。
滾珠絲杠特點(diǎn)
1.摩擦損失小、傳動效率高
由于米思米滾珠絲杠的絲杠軸與絲杠螺母之間有很多滾珠在做滾動運(yùn)動,所以能得到較高的運(yùn)動效率。
2.精度高
滾珠絲杠一般是用世界最高水平的機(jī)械設(shè)備連貫生產(chǎn)出來的，特別是在研削、組裝、檢查各工序的工廠環(huán)境方面,對溫度、濕度進(jìn)行了嚴(yán)格的控制
3.高速進(jìn)給和微進(jìn)給
滾珠絲杠由于是利用滾珠運(yùn)動，所以啟動力矩極小，不會出現(xiàn)滑動運(yùn)動那樣的爬行現(xiàn)象
4.軸向剛度高
滾珠絲杠可以加與預(yù)壓，由于預(yù)壓力可使軸向間隙達(dá)到負(fù)值，進(jìn)而得到較高的剛性(滾珠絲杠內(nèi)通過給滾珠加予壓力
5.不能自鎖、具有傳動的可逆性
瀏覽更多工業(yè)產(chǎn)品知識，訪問米思米官網(wǎng)https://www.misumi.com.cn/
展開 電機(jī)振動最大，而問題卻出在風(fēng)機(jī) | 值得一看！
軸彎曲會使軸兩端產(chǎn)生錐形運(yùn)動，在軸向產(chǎn)生較大的基頻振動，并伴隨有2倍頻及其他高次諧波。該風(fēng)機(jī)振動最明顯的特征是軸向振動較大，從圖2(a)、(b)可知，1號、2號軸承分別在5X，7X諧波頻率振幅上最高，在基頻上的振動振幅并不大，分別占通頻振幅的35％和10％。因此，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子彎曲故障也可被排除。
3. 支承系統(tǒng)軸向支撐剛度故障
當(dāng)軸頸軸承力中心在軸向不發(fā)生變化時(shí)，軸向振幅與軸承座高寬比、激振力和軸承座軸向兩端支撐剛度差成正比。轉(zhuǎn)子的支撐系統(tǒng)各部件之間如存在連接的緊密程度不夠，或存在支承結(jié)構(gòu)構(gòu)件本身質(zhì)量較差、強(qiáng)度不足（支撐腳高度不同及軸承座裂紋故障等）時(shí)，將引起支撐系統(tǒng)的支撐動剛度不穩(wěn)定或在軸向支撐系統(tǒng)的支撐動剛度存在較大差異，在轉(zhuǎn)子激振力的作用力下，軸承座前后振幅值存在差異，即使軸頸承受力中心在軸向不發(fā)生變化的情況下，軸承座軸向也會產(chǎn)生分量。
其振動頻譜特征包含基頻分量外，還存在相當(dāng)多的2倍頻分量，有時(shí)也能激發(fā)3倍頻振動分量，或伴隨著4、5甚至6倍轉(zhuǎn)速頻率的高階次諧波頻率的振動。通過現(xiàn)場檢測可知，風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)及臺板振動小于1mm/s基礎(chǔ)與軸承座、軸承座墊鐵與基礎(chǔ)臺扳接觸面的連接部件的差別振動僅為2—3um。可確認(rèn)動態(tài)下軸承座各連接部件之閘的連接緊密程度良好。發(fā)生故障的排粉風(fēng)機(jī)過去一直運(yùn)行正常，對軸承座檢查也未發(fā)現(xiàn)裂紋。因此，可排除風(fēng)機(jī)支撐系統(tǒng)設(shè)計(jì)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件本身質(zhì)最較燕及軸承座存在裂紋而存在支撐剛度問題。
4. 支承系統(tǒng)存在軸向共振故障
當(dāng)軸承座軸向自振頻率與轉(zhuǎn)子工作頻率率接近或成整數(shù)倍時(shí)，軸承產(chǎn)生軸向共振絕大部分軸承座軸向共振是以2倍頻頻率形式出現(xiàn)。一些軸向剛度特別差的軸承座會發(fā)生基頻軸向共振。
展開 EDF開源CAE | Code_Aster 對層壓木質(zhì)結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)進(jìn)行自動化非線性建模中的應(yīng)用
CLT板材在兩個(gè)主方向上有不同的抗彎剛度和平面穩(wěn)定性，在墻面和地板的建造中都有使用。
圖1 木材的各向異性
圖2 CLT板的結(jié)構(gòu)
木質(zhì)結(jié)構(gòu)在地震的整體表現(xiàn)主要由接觸和離散的連接結(jié)構(gòu)決定。連接結(jié)構(gòu)對壓縮沒有反力，但對拉力或剪力有尖銳的響應(yīng)，并且板與板之間的接觸是單邊的。
圖3 地震對結(jié)構(gòu)的作用方式
02
自動化建模方法
藍(lán)色：墻面
黃色：墻間接觸面
綠色：墻地板接觸面
暗紅：地板面
鮮紅：角支架（只有抗剪剛度的K_T_D_L 彈簧）
黑色：WC/WFC/FC
（有抗剪剛度和軸向剛度的K_T_D_L 彈簧）
紫色：拉力構(gòu)件（只有軸向剛度的K_T_D_L 彈簧）
圖5 拉力構(gòu)件的力學(xué)響應(yīng)
圖6 網(wǎng)格
模型一共有449個(gè)面（61個(gè)CLT板），204個(gè)有接觸和摩擦的邊緣，1543個(gè)離散元件代表9種連接構(gòu)件，211個(gè)板件連接。所有的組和連接區(qū)域都是自動生成的。
展開 Solidworks滾珠絲桿的基礎(chǔ)入門
如果沒有安裝尺寸問題建議選擇外循環(huán)
第四節(jié)滾珠絲杠的安裝方式
絲杠軸安裝方式:；
固定——支撐；
固定——固定；
支撐-- ----支撐
固定--- ---自由
所謂“固定”支承就是指采用一對角接觸球軸承支承,使絲杠端部在軸向、徑向均受約束
所謂“支承”也稱為簡支支承,就是采用深溝球軸承,只在徑向提供約束,在軸向則是自由的而不施加限制,當(dāng)絲杠因?yàn)闊嶙冃味形⒘可扉L時(shí),絲杠端部可以作微量的軸向浮動
所謂“自由”支承就是指絲杠端部沒有支承結(jié)構(gòu),呈懸空狀態(tài)
(1) 一端固定一端支承
滾珠絲杠機(jī)構(gòu)最典型、最常用的安裝方式為通常所說的一端固定一端支承安裝方式,滾珠絲杠機(jī)構(gòu)最典型、最常用的安裝方式為通常所說的一端固定一端支承安裝方式。
A 一端支撐一段固定
應(yīng)用場合
該方式適用于中等速度、剛度及精度都較高的場合,也適用于長絲杠、臥式絲杠。
(2)兩端固定
兩端固定安裝方式就是在絲杠的兩端均采用兩只角接觸球軸承支承,使絲杠在軸向、徑向均受約束,分別用鎖緊螺母和軸承端蓋將軸承內(nèi)環(huán)和外環(huán)壓緊。
這種安裝方式下絲杠與軸承間無軸向間隙,兩端軸承都能夠施加預(yù)壓,經(jīng)預(yù)壓調(diào)整后,絲杠的軸向剛度比一端固定一端支承安裝方式約高4倍,且無壓桿穩(wěn)定性問題,固有頻率也比一端固定一端支承安裝方式髙,因而絲杠的臨界轉(zhuǎn)速大幅提高。
展開 【電機(jī)振動原因及處理方法】- 米思米機(jī)械設(shè)備知識分享
9）一般情況下，電機(jī)振動的原因，可以從三個(gè)方向的振動值大小做簡單的判斷，水平振動大，轉(zhuǎn)子不平衡；垂直振動大，安裝基礎(chǔ)不平不好；軸向振動大，軸承裝配質(zhì)量差。這只是簡單判斷，要根據(jù)現(xiàn)場情況，結(jié)合以上所述的因素綜合考慮，查找振動的真實(shí)原因。
10）Y系列箱式電機(jī)的振動應(yīng)特別注意軸向振動，如軸向振動大于徑向振動，對電機(jī)軸承的危害極大，會引起抱軸事故。要注意觀察軸承溫度，如定位軸承比非定位軸承升溫速度快，應(yīng)立即停機(jī)。這是因?yàn)闄C(jī)座的軸向剛度不夠引起的軸向振動，應(yīng)加固機(jī)座。
11）轉(zhuǎn)子經(jīng)動平衡后，轉(zhuǎn)子的殘余不平衡量已經(jīng)固化在轉(zhuǎn)子上，不會改變，電機(jī)本身的振動也不會隨著地點(diǎn)、工況的變化而變化，在用戶現(xiàn)場是能處理好振動問題的。一般情況下，檢修電機(jī)不用對電機(jī)在做動平衡校驗(yàn)。
12）除了極特別的情況，如柔性基礎(chǔ)、轉(zhuǎn)子變形等，須做現(xiàn)場動平衡或返廠處理。瀏覽米思米官網(wǎng)https://www.misumi.com.cn/學(xué)習(xí)更多電工知識
展開 
軟土地層開挖和支護(hù)模擬(Excavation and Support of Soft Soil)---Part 2
支桿使用彈簧元(spring element)表示，這是一個(gè)固定端錨(Fixed-end anchor)，在“ Create structure”工具欄下選擇"Create fixed-end anchor"，錨固點(diǎn)為[50,19]，然后輸入支桿的材料參數(shù)軸向剛度(Axial stiffness)和平面外的間距5m。等效長度(Equivalent length)是連接點(diǎn)和固定端點(diǎn)之間的實(shí)際距離。由于計(jì)算模型是實(shí)際模型的一半，支桿中間的點(diǎn)是固定的，因此等效長度為15m,如下圖所示。
4 分布載荷
在軟土地層開挖時(shí)，需要考慮在開挖兩側(cè)地表附近的荷載，這部分靜態(tài)載荷通常是由施工設(shè)備引起的。荷載范圍從距地下連續(xù)墻2米到7米之間，線性載荷大小為5kPa/m。使用Create load>Create line load工具產(chǎn)生5米的線性載荷([43,20]-[48,20])。
至此，模型設(shè)置完成。劃分網(wǎng)格，如下圖所示。
5 計(jì)算階段
(1) 初始階段。初始階段計(jì)算初始應(yīng)力和孔隙壓力。這一階段只有土層，因此確保所有的載荷和結(jié)構(gòu)不被激活。
(2) 增加Phase_1。Phase 1激活線性載荷，板單元和界面元,這個(gè)階段用來模擬開挖前的準(zhǔn)備工作。盡管可以使用"Select multiple objects"工具逐個(gè)激活這些分量，但最快捷的方法是在模型瀏覽器中選擇。
(3) 增加Phase_2。Phase 2模擬第一步開挖2m。停用這一層土即表示開挖。
(4) 增加Phase_3。Phase 3模擬安裝支桿。激活支桿即可。
(5) 增加Phase_4。Phase 4模擬第二步開挖8m。停用這一層土即表示開挖。在Plaxis 2D中，當(dāng)停用一個(gè)土層時(shí)，孔隙壓力不會自動被停用。
展開 從法規(guī)、理論公式到FEA探究薄板的縱向屈曲
這個(gè)可以從兩方面理解，首先在數(shù)學(xué)求解上得到的只是板面外變形的“形式”，對其具體“幅值”，求解過程并無直接“限制”（可以通過引入能量法來做一定約束）；從剛度上理解，板一旦出現(xiàn)較大的面外變形，其面內(nèi)的“軸向剛度”會失去作用，而換由板的“彎曲剛度”來抵抗面內(nèi)載荷，而彎曲剛度是比軸向剛度要小得多。
（4）書本上這部分內(nèi)容是從數(shù)學(xué)推導(dǎo)出發(fā)的，理論上適用性很廣，并無“厚”和“薄”的區(qū)別。
板的后屈曲性能
是區(qū)別板和壓桿屈曲的重要特點(diǎn)，即臨界屈曲后的“應(yīng)力重分布”。當(dāng)板格的β較大時(shí)（即所謂薄板），板格容易發(fā)生彈性屈曲，若板的邊界能提供有效支撐則板格能夠繼續(xù)承載，此時(shí)載荷主要由靠近邊界的“有效寬度”來承擔(dān)直至屈服，如下圖所示。
書本上將一般情況下的有效寬度假設(shè)為兩邊各0.22s。筆者認(rèn)為其不一定適用于薄板的情況。根據(jù)截面Type III（參考DNV-OS-C101， Appendix A）的要求，取板厚的某個(gè)倍數(shù)，如15倍左右的板厚比較適合。
問題3）書本和規(guī)范中對于不考慮應(yīng)力重分布的板，其臨界應(yīng)力σcr的計(jì)算分兩步，先計(jì)算歐拉應(yīng)力σE，它僅和幾何及彈性模量E、泊松比ν有關(guān)。若σE /σy<=0.5，則σcr =σE，若σE /σy >0.5，則做修正得到σcr。
展開 高速彈體多層靶板目標(biāo)侵徹?cái)?shù)值模擬研究
圖4 測試體結(jié)構(gòu)剖視圖
2.4 模型中的工具誤差處理及規(guī)避
在保證較高離散單元質(zhì)量和材料參數(shù)正確的前提下，裝配體模態(tài)分析中引入的工具誤差主要來自不當(dāng)?shù)牧悴考佑|關(guān)系的處理引入的真實(shí)世界不存在的額外剛度，以及模型的不當(dāng)簡化引入的真實(shí)世界不存在的額外剛度兩類。模態(tài)分析作為典型的線性分析，會自動將所有零件之間的接觸關(guān)系做線性化處理，從而使模態(tài)分析結(jié)果整體右移（過剛）。以下對模型中的各組接觸關(guān)系及模型簡化情況進(jìn)行逐一梳理：
1. 彈體與彈體底蓋：在模型處理中通過共節(jié)點(diǎn)連接，該部分不會引入額外剛度。
2. 壓螺部分通過外螺紋結(jié)構(gòu)（模型中已省略）與彈體連接并作為限位器限制裝填于彈體內(nèi)部的測試體結(jié)構(gòu)沿彈體軸向的運(yùn)動，因此將壓螺部分外螺紋區(qū)域與彈體結(jié)構(gòu)進(jìn)行固連接觸；壓螺底端與彈體后蓋部分不設(shè)置接觸。
3. 傳爆序列的形態(tài)簡化。如圖5所示，傳爆序列位于彈體內(nèi)部測試體前端，并通過預(yù)制于彈體結(jié)構(gòu)的孔洞與前端的裝填物連接。較之典型的傳爆結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的形態(tài)明顯經(jīng)過簡化，如果直接將其處理為金屬（鋁/鋼）團(tuán)塊，并通過固連接觸分別與彈體和引信直接連接，會導(dǎo)致局部結(jié)構(gòu)剛度的異常升高，并改變彈體結(jié)構(gòu)傳力路徑。在本輪模型調(diào)試中，在模型處理時(shí)將其移除，并替換為一組總質(zhì)量為384.1g的集中質(zhì)量單元，均勻分布于原金屬團(tuán)塊的占位孔四周。
圖5 傳爆結(jié)構(gòu)占位
4. 引信基座、引信殼體及引信內(nèi)部的接觸關(guān)系處理原則
對參與模型內(nèi)部軸向傳載的不可分離接觸面，使用綁定接觸進(jìn)行處理，以保證彈體結(jié)構(gòu)軸向剛度的準(zhǔn)確性；對不參與軸向傳載，且可進(jìn)行切向滑移的接觸面，不作額外的接觸處理，以防止引入不存在的扭轉(zhuǎn)及抗彎剛度。
1. 工況1仿真結(jié)果
工況1的計(jì)算模型如圖6所示。
展開 STAAD的結(jié)構(gòu)簡析
桁架（TRUSS）結(jié)構(gòu)，桁架構(gòu)件只有軸向剛度，不能承受剪力和彎矩。如果結(jié)構(gòu)全部由桁架構(gòu)件組成，可以選用桁架結(jié)構(gòu)形式，但只有一部分是桁架構(gòu)件時(shí)，就要選空間結(jié)構(gòu)形式，并對桁架構(gòu)件進(jìn)行定義。
STAAD結(jié)構(gòu)單元
STAAD提供了四種單元類型：
? 梁單元（Beams）
? 板單元（Plate）
? 塊體（Solid）
? 面單元（Surface）
梁是線性構(gòu)件，構(gòu)件（member）與梁（beam）的概念可以交換使用。梁可以承受軸向荷載，即柱。
板是一個(gè)有限單元，通常用于板/殼結(jié)構(gòu)的建模。STAAD的板單元可以是三角形（三節(jié)點(diǎn)）或四邊形（四節(jié)點(diǎn)）。若一個(gè)四邊形單元的4個(gè)節(jié)點(diǎn)不在同一平面。我們建議最好將它劃分為三角形單元。單元在不同節(jié)點(diǎn)處的厚度可以是不同的。對于含有板的結(jié)構(gòu)，如墻、水泥板、薄板和殼等，須用有限單元來模擬。為了能方便地將一個(gè)較大的結(jié)構(gòu)面自動剖分成精細(xì)的三角形或四邊形板/殼單元網(wǎng)格，可采用程序中提供的MESH GENERATION（網(wǎng)格生成）的工具來自動實(shí)現(xiàn)。
利用板/殼單元進(jìn)行幾何建模時(shí)，應(yīng)記住與單元幾何形狀有關(guān)的規(guī)則：
1）單元長寬比不能過大，應(yīng)該接近1：1，一般不能大于4：1；
2）單個(gè)單元不應(yīng)太扭曲，單元兩相鄰邊之間的夾角不宜超過90°過多，而且在任何情況下不得大于180°。
STAAD的塊體有限單元可以在三個(gè)方向受力，一般應(yīng)用于計(jì)算混凝土大壩，土壤或巖石地層中的應(yīng)力分配。STAAD的塊體由8個(gè)節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，一般為立方體，也可以用4到7個(gè)節(jié)點(diǎn)分成各種形狀的立體模型。
在板的基礎(chǔ)上，STAAD.pro提出了面單元的概念。它對墻、板結(jié)構(gòu)的快速建模很有用。面單元在以下幾方面與板單元有所不同：
為了進(jìn)行分析，平面結(jié)構(gòu)需要分成一系列的板單元，也就是所謂的網(wǎng)格生成。
展開 