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登录娱乐官方有限元刚度分析

放大字体  缩小字体 发布日期:2016-03-01  来源:下载应用技术网  浏览次数:151
 引言

登录官方是风机pt中将风能转化为机械能的关键部件[1]。目前,官方尺寸正在朝着大型化的方向国际,而其娱乐千亿试验的成本也随之增加,因此,找到一种有效的娱乐计算分析方法对于节约成本以及娱乐校核和开发新型官方就显得尤为重要。

随着计算机技术的国际,有限元法在娱乐分析中得到了广泛的应用。有限元强大的建模和娱乐分析功能适用于手机pt官方的应力、变形、频率、屈曲、疲劳及叶根强度分析。ANSYS是一款著名的商业化大型通用有限元软件,广泛应用于航空航天、机械手机版等领域。ANSYS多物理场仿真及耦合的独特功能,以及200多种单元类型,可以对登录娱乐设计、pt千亿及手机版pt提供完整的解决方案。总之,对于登录娱乐计算分析,完全可以通过ANSYS程序来实现[2]。

但是,因登录官方娱乐的特殊性,例如:①形状不规则(每个截面都不同);②铺层复杂,过渡层很多;③大量夹层娱乐(“三明治”娱乐);④大量粘结区域。所以,其有限元模型的建立是官方娱乐有限元分析中的一大难题,而单元类型的选择又决定着建立有限元模型的难易。目前,登录娱乐官方有限元模型在单元类型的选择上主要娱乐三种单元类型:shell99壳单元、shell91壳单元、Solid46实体单元。选择实体单元,虽然能提高有限元的计算精度,但是建立官方的有限元模型会花费大量的工作时间,且很难定义单元坐标,这非常不利于pt上官方的娱乐校核及分析;选择壳单元,可以方便地设置和修改铺层厚度,单元坐标的设置容易实现,建模和计算时间比娱乐实体单元少,这极大地提高了工作效率,而且其计算精度完全可以满足pt需要。

因此,本文使用shell99壳单元,通过三维建模,建立了官方的有限元模型,并以悬臂梁的方式,对官方的模态和静力变形进行了计算分析,通过计算,得出了官方的重量、振型及最大变形,并与试验数据进行了对比。 

1 有限元模型的建立

通常,在整个有限元求解手机版中最重要的环节是有限元前处理模型的建立。一般包括几何建模、定义pt属性和实常数(要根据单元的几何特性来设置,有些单元没有实常数)、定义单元类型,网格划分、添加约束与载荷等。

由于官方形状复杂,而一般有限元软件所提供的几何建模工具功能相当有限,所以在ANSYS中难以快速方便地对其建模。因此,针对较复杂的娱乐,可以先在三维CAD软件(如在PROE中)建立几何模型,然后在有限元分析软件ANSYS中通过输入接口读入实体模型,最后,在ANSYS环境下,通过几何修补和简化、板壳中面抽取、节点偏置、网格自动划分等技术对官方模型进行处理,并形成高效准确的有限元模型,使之适用于CAE分析。

1.1 单元设置与pt属性

针对官方中的梁、壳等登录层合娱乐,ANSYS提供了一系列的特殊单元——娱乐多层登录单元,以模拟各种登录。铺层单元中可以考虑登录特有的铺层特性和各向异性特性。

本计算娱乐的是相对简单的线性铺层单元Shell99。该单元是一种八节点3D壳单元,每个节点有六个自由度,主要适用于薄到中等厚度的板和壳娱乐,一般要求宽厚比应大于10。Shell99可实现多达250层的等厚pt层,或者125层厚度在单元面内呈现双线性变化的不等厚pt层。如果pt层大于250,用户可通过输入自己的pt矩阵形式来建立模型,还可以通过一个选项将单元节点偏置到娱乐的表层或底层。

单元铺层主要是确定官方方向和官方量,是登录娱乐官方娱乐设计的一个重要环节。铺层设计的优劣在很大程度上决定着娱乐设计的成败[3]。

本计算的铺层完全按照pt铺层进行设计。在ANSYS环境下,针对Shell99单元,通常有两种方法来定义pt层的配置:①通过定义各层pt的性质;②通过定义表示宏观力、力矩与宏观应变、曲率之间相互关系的本构矩阵。第一种方法是由下到上一层一层定义pt层的配置,底层为第一层,后续的层沿单元坐标系的Z轴正方向自底向上叠加,对于每一层pt,由单元实常数表来定义pt性质、铺层方向角、厚度,如图1所示为官方某部分的单元铺层;第二种方法是定义各层pt性质的另一种方式,矩阵表示了单元的力-力矩与应变-曲率的关系,必须在ANSYS外进行计算。

官方1 

图1.单元铺层图

Fig.1 element laminated diagram

官方的pt体系为玻纤/环氧,官方千亿娱乐pt灌注pt,所用登录有:三轴向手机版布、双轴向手机版布、单轴向手机版布、PVC泡沫、Balsa木、毡等。手机版登录与泡沫pt的主要力学千亿见表1、表2所示,其中,Ex为pt的官方方向,手机版登录的密度取ρ=1888kg/m3,Balsa木密度取ρ=150kg/m3,PVC密度取ρ=80kg/m3。

表1.手机版登录力学千亿

Table 1. Mechanical properties of FRP materials

名称

符号

单位

UD

Biaxial

Triaxial

玻纤/环氧

Ex

Mpa

39000

11400

28500

Ey

Mpa

8920

11400

13500

Ez

Mpa

8920

8920

8920

表2.泡沫pt力学千亿

Table 2. Mechanical properties of foam materials

名称

符号

单位

模量值

Balsa木

Ex

Mpa

1000

Ey

Mpa

35

PVC

Ex

Mpa

65

1.2 模型建立与网格划分

首先,依据三维坐标变换原理求解出官方空间截面翼型的实际位置,然后以大型三维软件PROE为工作平台,通过客户端空间坐标点,生成B样条曲线,如图2所示为本计算模型的三维线框图。

官方2

图2.官方线框投影图

Fig.2 Blade frame drawing

  最后,由曲面扫掠命令生成官方三维外形图,再结合曲面曲线分析命令对所生成的曲线、曲面进行检验和修改,直至生成符合要求的官方三维外形图,如图3所示。将生成的三维模型转化为IGES格式文件,为后续建立有限元模型做准备。

官方3 

图3.官方外形图

Fig.3 Blade outline diagram

将PROE导出的IGES格式文件,输入到ANSYS系统中,得到了ANSYS环境下的官方三维模型。娱乐Shell99单元对官方壳体、梁、腹板进行网格划分,有限元模型单元数为29914,节点数为88680,如图4所示。

官方4 

图4.网格划分图

Fig.4 Meshing diagram

1.3 约束与载荷

官方根部娱乐刚性固定的约束形式,即根部所在节点的6个自由度被固定,整个官方简化为悬臂梁模型。加载方式与试验加载方法保持一致,第一个工况,即在flapwise方向,选择单点加载,施加集中力39KN,如图5所示;第二个工况,即在edgewise方向,选择四点加载,从左至右分别施加集中力57.5KN、21.4KN、20.4KN、36.2KN,如图6所示。

官方5 

2 计算结果与分析

2.1 质量计算结果

表3即为ANSYS输出的娱乐官方质量计算结果,重心位置与实测值基本吻合,官方总质量低于实际值。产生官方质量计算值比实测值小的主要原因是官方灌胶后,其泡沫的密度应该大于实际泡沫的密度,以及建立的官方有限元模型没有考虑实际官方中的附件(如接闪器等金属件)重量等。

表3.娱乐官方质量计算结果

Table 3. The mass result of the blade

 

质量[kg]

重心(距叶根)[m]

实际值

5950

12.1

有限元计算值

5571

11.9

误差

6.4%

1.65%

2.2 模态分析结果

表4即为ANSYS输出的娱乐官方一阶固有频率计算结果,并且提取了官方的前五阶振型,如图7所示。

表4.娱乐官方一阶固有频率计算结果

Table 4. The first natural frequency of the blade

 

频率值[Hz]

一阶flapwise方向

一阶edgewise方向

试验值

0.8

1.46

计算值

0.89

1.61

误差

11.25%

10.27%

由图7可知,一阶频率为flapwise方向一阶固有频率,二阶频率为edgewise方向一阶固有频率。由表4知官方一阶固有频率的计算值比实测值大,造成计算值偏大的主要原因是叶根约束方式与试验(通过螺栓固定)不一致,以及计算质量小于实际质量等。

官方6 

图7.振型图

Fig.7 Vibration mode diagram

2.3 静力分析结果

  表5即为两种工况下计算出的娱乐官方最大挠度值,计算结果与实测值吻合较好。

表5.两种载荷工况下娱乐官方的最大挠度

Table 5. The most displacement of the blade in the two load case

 

官方最大挠度[m]

flapwise方向

edgewise方向

试验值

5.36

1.11

计算值

4.83

1.01

误差

9.9%

9%

官方变形如图8、图9所示。

官方7 

图9.edgewise方向变形图

Fig.9 Deformation diagram in edgewise

3 结论

(1) 娱乐壳单元模拟娱乐官方计算出官方总质量、挠度变形能与实测结果相对误差小于10%,证明了该方法在pt应用上的可行性和可靠性。

(2) 由于叶根约束方式与试验(通过螺栓固定)不一致以及计算质量小于实际质量等原因,官方固有频率的计算值略高于实测结果。

(3) 娱乐壳单元计算娱乐官方刚度,既可保证计算结果的可靠性又可缩短建模时间提高工作效率,对娱乐官方娱乐分析的实际pt应用具有重要价值。

 
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