板殼結構的案例
基于LS-DYNA及FLUENT的板殼結構流固耦合分析
本文采用ANSYS顯示動力分析模塊LS-DYNA及流場分析模塊FLUENT，對水下的板殼結構運動及其界面的流固耦合現(xiàn)象進行了仿真分析。流場計算得到的界面壓強數(shù)據(jù)以外載荷的形式施加于結構表面，使其產生位移及變形；同時，結構的變化又進一步影響了流場的分布。通過往復的雙向耦合迭代，得到了板殼結構的動力學響應以及流場的分布情況。仿真結果與試驗結果的對比表明，此方法適用于解決兼有大位移及較大變形特征的流- 固耦合問題。
1 前言
在自然界中，流-固耦合現(xiàn)象廣泛存在于航空、航天、汽車、水利、石油、化工、海洋以及生物等領域。很多實際問題中流體載荷對于結構的影響不可忽略；同時，結構的位移和變形也會對流場的分布產生重要影響。例如各種水下運動機構都需要考慮這種現(xiàn)象。
板殼是基本的結構單元，研究其與流體相互作用的過程的仿真方法對水下結構的設計具有一定的指導意義。文獻利用ANSYS/LS-DYNA對板殼結構在水下爆炸沖擊載荷作用下的動力學響應進行了仿真分析和試驗研究，文獻對窄流道中柔性單板流致振動引起的流-固耦合問題進行了數(shù)值模擬，但以上文獻所進行的分析均為板殼結構處于約束狀態(tài)下的平衡位置附近的振動耦合分析。利用ANSYS靜力學分析模塊以及CFX或FLUENT等流體分析模塊對有固定約束條件的板殼結構進行流-固耦合分析的實例已經(jīng)很多，ANSYS Workbench中也有這方面的耦合實例。但是對于流體沖擊引起結構的大位移以及較大變形的動力學分析目前還不完善，有待進一步的研究。因此本文應用大型通用有限元分析軟件ANSYS13.0中的顯示動力分析模塊LS-DYNA以及流體分析模塊FLUENT，對受流體沖擊作用下兼有大位移及較大變形的板殼結構的流-固耦合作用進行了仿真分析。
展開 板殼結構的CAE有限元分析
板殼結構是一種厚度方向的尺寸小于長度和寬度方向尺寸的結構。其中，表面為平面的稱為板，表面為曲面的稱為殼。由于殼體考慮表面曲率，從數(shù)值理論上來說要比板復雜很多。同時，板作為殼的一個特例，在實際分析時，完全可以被殼替代，也就是說殼更加通用。
1. 實物
板殼結構以其優(yōu)良的輕量化和易于加工等性能，被廣泛應用于汽車船舶和航空領域遙。比如我們常看到的汽車飛機車身覆蓋件，還有我們不常看到的潛艇，壓力容器等結構，表面都是殼體結構。
2. 理論
板殼理論是以彈性力學與若干工程假設（KIRCHHOFF假設，KIRCHHOFF-LOVE假設，等等）為基礎，研究工程中的板殼結構在外力作用下的應力分布、變形規(guī)律和穩(wěn)定性的學科。板殼理論在工程力學算是比較復雜的理論了。
3. 有限元建模分析
對于復雜的板殼結構，WELSIM提供了一些方便快捷的解決方案。今天我們就通過一個簡單的案例，來了解WELSIM所提供的對于殼體的支持功能。
3.1 CAD模型建立與導入
WELSIM內可以建立簡單的板型幾何模型，圖形界面如圖所示：
也可以導入STEP格式的CAD文件，如圖所示導入一個復雜的表面（Surface）模型。
用于是導入的模型，系統(tǒng)需要知道結構的類型，我們會在屬性窗口中，將結構類型（Structure Type）從Solid改為Shell。
結構類型設置為Shell以后，會有新的厚度與積分點數(shù)量的屬性出現(xiàn)，用戶可以設置殼體的厚度。
3.2 網(wǎng)格劃分
目前v1.7版本的殼單元求解支持TRI3單元，所以我們選用TRI3網(wǎng)格的自動劃分。簡單設置一下參數(shù)，很快可以得到網(wǎng)格。劃分好的網(wǎng)格一共有263個節(jié)點，437個三角單元。
展開 板殼非線性有限元穩(wěn)定性分析
隨著復合材料在工業(yè)領域的廣泛應用，復合材料板殼結構的穩(wěn)定性特性，包括屈曲和后屈曲特性，成為設計人員十分關注的一個問題。為此，本文采用商用有限元軟件NASTRAN對復合材料板殼結構的穩(wěn)定性進行了分析。首先，為了驗證有限元模型和分析過程的正確性，分析了矩形薄板在受到面內均勻和線性分布載荷作用下的穩(wěn)定性問題，并與《飛機設計手冊》中的結果進行了比較，發(fā)現(xiàn)了《手冊》中個別情況的數(shù)據(jù)不夠精確，給出了正確結果；還分析了雙向加載復合材料加筋薄板穩(wěn)定性問題，與已有的結果相比較，討論了誤差原因。其次，分析了三種典型邊界條件下多種邊長比矩形薄板在受到面內非均勻載荷作用下的穩(wěn)定性問題，引入了當量載荷因子并給出了相應的公式以方便設計者的使用。然后，分析了球殼、柱殼和加筋柱殼的非線性穩(wěn)定性問題，給出了屈曲和后屈曲全過程，并與現(xiàn)有的文獻結果相比較，再次驗證了有限元模型和分析殼的非線性穩(wěn)定性過程的正確性。第四，在此基礎上分析了某復合材料加筋雙曲率殼非線性穩(wěn)定性問題，給出了殼受橫向集中載荷、剪切載荷和兩種載荷的聯(lián)合作用下的屈曲和后屈曲全過程的結果，以及聯(lián)合載荷作用下的相關曲線，為復合材料雙曲加筋殼設計和應用提供了參考，也為采用新的計算方法研究此類結構提供了對比數(shù)據(jù)
板殼非線性有限元穩(wěn)定性分析.pdf
展開 板殼結構的有限元模態(tài)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(tài)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(tài)分析。
打開WELSIM軟件后。首先設置材料屬性。添加一個材料節(jié)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(jié)點屬性中，設置分析類型為模態(tài)（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(wǎng)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(jié)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(tǒng)默認是計算前6階模態(tài)，所以我們添加6個變型結果節(jié)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。
展開 
基于meshfree和abaqus的地鐵車輛車體檢測工裝變形仿真分析
由圖可以看出，該工裝屬于復雜的板殼類結構，處理起來非常復雜。
二、使用meshfree進行變形分析
將模型導入meshfree。由于meshfree的處理方式，只需要刪掉一些無用的零部件就可以了，最終生成的部件數(shù)321個和解除對902個。約束條件為地腳約束，載荷為重力載荷。如下圖所示：
對其進行受力分析，從模型處理到計算完成整個過程約1個小時。
從以上可以看出，整體的變形最大為1.4mm，垂向最大位移為0.79mm，小于標準值，安全
三、abaqus計算
此模型在使用abaqus進行計算時首先使用hypermesh進行網(wǎng)格劃分。由于對稱結果，采取1/2建模。模型（局部）如下：
對其進行分析。由于大量的板殼結構，需要進行復雜的幾何處理，并定義不同的截面屬性，整個分析大約一周。結果如下
由上可以看出，最大變形位移1.8mm。
展開 汽車氣動噪聲隨機聲學法分析http://www.yqgqt.org.cn/content/doc/4249e7a6-f443-466f-b022-579688cb70a8 ，基于SIMUFACT仿真平臺的汽車零部件焊接優(yōu)化http://www.yqgqt.org.cn/content/doc/784971bb-59c2-46a4-8a36-abb5811517a7 ， 基于LS-DYNA及FLUENT的板殼結構流固耦合分析http://www.yqgqt.org.cn/content/post/deaff44e0db6-4a19-9d17-3793afaca1cb這篇還不錯
展開 ANSYS學習資料——臺灣成功大學
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展開 基于MSC.NASTRAN的結構優(yōu)化資料匯總
一、理論和方法
nastran優(yōu)化分析 http://www.caenet.cn/forums/rightframe/ShowPost105-1-6693-1.aspx
NASTRAN 結構優(yōu)化 http://www.caenet.cn/forums/rightframe/ShowPost105-1-30780-1.aspx
MSC.NASTRAN結構優(yōu)化和靈敏度分析 http://www.caenet.cn/forums/rightframe/ShowPost105-1-88451-1.aspx
nastran 常用優(yōu)化代碼 http://www.caenet.cn/forums/rightframe/ShowPost105-1-3797-1.aspx
MSC/NASTRAN的結構優(yōu)化設計方法與應用 http://www.caenet.cn/forums/rightframe/ShowPost105-1-74272-1.aspx
二、練習
Nstrsn優(yōu)化練習1 http://www.caenet.cn/forums/rightframe/ShowPost105-1-27910-1.aspx
三、論文
多約束下桁架結構截面優(yōu)化在MSC.Nastran上的程序實現(xiàn)(論文下載) http://www.caenet.cn/forums/rightframe/ShowPost105-1-1254-1.aspx
用MSC做機身優(yōu)化的論文http://www.caenet.cn/forums/rightframe/ShowPost105-1-56920-1.aspx
基于MSC.Nastran 二次開發(fā)的板殼結構離散變量優(yōu)化設計 http://www.caenet.cn
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來源：尚曉江 老師
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展開 ANSYS結構有限元高級分析方法與范例應用/萬水ANSYS技術叢書
本書將結構有限元分析的基本力學概念與ANSYS實踐緊密結合，通過大量生動的原創(chuàng)性分析實例，向讀者系統(tǒng)全面地介紹利用ANSYS進行各類結構分析的方法。本書內容選擇上照顧到科研以及工程計算兩方面讀者的需要，涉及到各類常見工程結構及構件的各種分析問題以及一些力學過程或現(xiàn)象的分析專題。通過本書的學習可使讀者迅速地提高自身的ANSYS操作水平以及利用有限元技術進行結構分析的功底，從而具備在相關專業(yè)領域中進行高級結構分析能力。
本書適合于作為土木、機械、航空、力學等相關專業(yè)研究生或高年級本科生學習結構數(shù)值分析及ANSYS軟件應用課程的主要學習參考書。對從事結構分析的工程技術人員也具有一定的參考價值。
前言
第一篇 ANSYS結構有限元分析基礎
第一章 ANSYS 結構有限元分析概述
第二章 桁架桿系有限分析及ANSYS實例
第三章 梁系結構分析方法及ANSYS實例
第四章 彈性平面問題的有限元分析及ANSYS算例
第五章 軸對稱問題的有限元分析及ANSYS實例
第六章 三維實體結構的ANSYS分析及算例
第七章 板殼結構的ANSYS分析及算例
第二篇 ANSYS結構分析高級專題
第八章 ANSYS動力有限元分析
第九章 利用ANSYS進行結構非線性分析
第十章 結構的穩(wěn)定性分析方法及ANSYS范例
第十一章 ANSYS結構最優(yōu)化設計
第十二章 子結構技術簡介
第三篇 工程范例精選
第十三章 框架——剪刀墻結構的分析
第十四章 海洋石油平臺結構的動力分析
第十五章 大跨空間結構的建模與分析
附錄A 部分結構單元的形函數(shù)
附錄B ANSYS結構分析常用命令參考
展開 ANSYS結構有限元高級分析方法與范例應用/萬水ANSYS技術叢書
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本書適合于作為土木、機械、航空、力學等相關專業(yè)研究生或高年級本科生學習結構數(shù)值分析及ANSYS軟件應用課程的主要學習參考書。對從事結構分析的工程技術人員也具有一定的參考價值。
前言
第一篇 ANSYS結構有限元分析基礎
第一章 ANSYS 結構有限元分析概述
第二章 桁架桿系有限分析及ANSYS實例
第三章 梁系結構分析方法及ANSYS實例
第四章 彈性平面問題的有限元分析及ANSYS算例
第五章 軸對稱問題的有限元分析及ANSYS實例
第六章 三維實體結構的ANSYS分析及算例
第七章 板殼結構的ANSYS分析及算例
第二篇 ANSYS結構分析高級專題
第八章 ANSYS動力有限元分析
第九章 利用ANSYS進行結構非線性分析
第十章 結構的穩(wěn)定性分析方法及ANSYS范例
第十一章 ANSYS結構最優(yōu)化設計
第十二章 子結構技術簡介
第三篇 工程范例精選
第十三章 框架——剪刀墻結構的分析
第十四章 海洋石油平臺結構的動力分析
第十五章 大跨空間結構的建模與分析
附錄A 部分結構單元的形函數(shù)
附錄B ANSYS結構分析常用命令參考
展開 
《ANSYS結構有限元高級分析方法與范例應用》
【版次印次】 1 【ISBN書號】 7508433386
【開 本】 16開 【裝 幀】 平裝
【頁 數(shù)】 392
【圖書簡介】
本書將結構有限元分析的基本力學概念與ANSYS實踐緊密結合，通過大量生動的原創(chuàng)性分析實例，向讀者系統(tǒng)全面地介紹利用ANSYS進行各類結構分析的方法。本書內容選擇上照顧到科研以及工程計算兩方面讀者的需要，涉及到各類常見工程結構及構件的各種分析問題以及一些力學過程或現(xiàn)象的分析專題。通過本書的學習可使讀者迅速地提高自身的ANSYS操作水平以及利用有限元技術進行結構分析的功底，從而具備在相關專業(yè)領域中進行高級結構分析能力。
本書適合于作為土木、機械、航空、力學等相關專業(yè)研究生或高年級本科生學習結構數(shù)值分析及ANSYS軟件應用課程的主要學習參考書。對從事結構分析的工程技術人員也具有一定的參考價值。
圖書目錄
前言
第一篇 ANSYS結構有限元分析基礎
第一章 ANSYS 結構有限元分析概述
第二章 桁架桿系有限分析及ANSYS實例
第三章 梁系結構分析方法及ANSYS實例
第四章 彈性平面問題的有限元分析及ANSYS算例
第五章 軸對稱問題的有限元分析及ANSYS實例
第六章 三維實體結構的ANSYS分析及算例
第七章 板殼結構的ANSYS分析及算例
第二篇 ANSYS結構分析高級專題
第八章 ANSYS動力有限元分析
第九章 利用ANSYS進行結構非線性分析
第十章 結構的穩(wěn)定性分析方法及ANSYS范例
第十一章 ANSYS結構最優(yōu)化設計
第十二章 子結構技術簡介
第三篇 工程范例精選
第十三章 框架——剪刀墻結構的分析
第十四章 海洋石油平臺結構的動力分析
第十五章 大跨空間結構的建模與分析
附錄A 部分結構單元的形函數(shù)
附錄B ANSYS結構分析常用命令參考
展開 結構拓撲優(yōu)化與仿生研究 | 破解樹葉葉脈黃金比例分布之謎
基于自重作用下樹葉變形與等效光照面積的關系，孫直副教授、博士生崔天晨等將葉片和葉脈分別視為薄板與加強筋，分析葉片在自重載荷下的變形，研究葉脈分布對葉片變形的影響，基于結構拓撲優(yōu)化理論，探求使得樹葉剛度最大化的葉脈分布構型（圖3）。
圖3 典型樹葉的最優(yōu)葉脈分布構型
研究發(fā)現(xiàn)葉脈主干首段與次段（A/B）呈現(xiàn)近似黃金比例分布時，樹葉的結構剛度最大，即樹葉變形最小，從而使其具有最大的等效光照面積，提高葉肉組織的光合作用效率。對自然界中的多種樹葉共百余片進行測量，結果顯示約50%的樹葉葉脈分布趨近于黃金比例，集中分布于1.618±0.01范圍內（圖4）。上述結果初步證實了樹葉葉脈分布是力學性能最優(yōu)化驅動下的演化結果，該研究結果不僅可以解釋葉脈分布的奧秘，而且為設計天線、柔性電子器件等加筋板殼結構的設計提供了很有借鑒意義的指導原則。
圖4 典型樹葉的葉脈分布統(tǒng)計
展開 吸力樁基礎置入階段
吸力基礎是一種頂端封閉、底端敞開的桶體結構，通過桶體側部與土壤的摩擦力來抵抗外力。由于吸力基礎施工簡便，安裝速度快捷，可根據(jù)需要進行重復利用，與傳統(tǒng)的固定式樁基結構相比，具有更好的技術經(jīng)濟特性。因此，具有良好的發(fā)展前景。
根據(jù)用途，吸力基礎可分為吸力錨和吸力樁。吸力錨用于船舶或浮式平臺的錨泊系統(tǒng)，主要承受水平力及斜向上或垂直向上的拉力；吸力樁用于固定平臺及水下生產系統(tǒng)等基礎，主要承受垂向力及水平力。
吸力樁是一種典型的樁土作用基礎，主要依靠負壓原理進行安裝，樁的置入一般分為三個階段。
第一階段，吸力樁下放至海床后，依靠自身重力會沉入到泥面以下一定深度，這個階段稱為SWP（Self-weight penetration）。SWP階段應確保自重入泥后，樁體內部能夠形成一定的封閉空間，一般至少需要入泥0.5m可以達到此要求。入泥深度可由下式得到：
第二階段，由吸力泵向外泵出海水。吸力泵抽出的水量應大于經(jīng)底部土壤滲透進入樁體內部的水量，從而可以降低樁體內部的壓力。當樁內外的壓差達到一定數(shù)值，樁體頂部的豎向壓力大于土壤阻力時，樁體就不斷被壓入土中，直至達到設計入泥深度。負壓由下式[3]得到： 第三階段，將吸力泵從樁體移除，樁體內外的壓差逐漸消失，與周圍環(huán)境壓力趨于一致，最終依靠周圍土壤的阻力提供承載力。
置入過程中，吸力樁將承受較大的壓力及土體阻力，必須按照規(guī)范[5]要求對這些板殼結構進行屈曲校核，確保樁頂板及側壁能夠抵抗置入過程的外力作用。
吸力樁置入過程中，如果負壓過大，作用在樁內土體的向上的力0大于其阻力，有可能會出現(xiàn)土塞隆起現(xiàn)象，為吸力樁安裝帶來諸多困難。因此，為避免產生土塞隆起現(xiàn)象，負壓不能超過下述公式中定義的許用值[3]：
注：以上內容節(jié)選自論文《吸力樁基礎設計建造安裝關鍵技術研究》。
展開 板殼單元的分析詳解 附板殼理論鐵摩辛柯下載
由于厚度小、質量輕、耗材少、性能好，使板殼成為具有優(yōu)良特性的結構元件，不僅廣泛應用于各種工程結構作為最基本和最主要的構件，而且在自然界和日常生活中也常常碰見，它們與每個人的生活休戚相關，與人類的生存緊密相連。
人們希望建立一種這樣的板彎曲單元，即厚薄板通用單元。這將為工程計算與理論研究帶來極大的便利。希望建立一種單元，同時又希望當厚度趨向薄的情形時，該單元的解也能趨于薄板的解。表面上，這對有限元法而言，容易實現(xiàn)，而實際上，當厚度趨于零時，并不能收斂于薄板數(shù)值解，出現(xiàn)所謂的剪切閉鎖現(xiàn)象。
