创建非轴对称解算方案

1.创建FEM模型

1）打开【M1001_球壳.prt】模型，进入【前/后处理】环境。单击【新建FEM和仿真】节点，勾选【创建理想化部件】复选框，在【求解器】下拉列表框中选择【NX NASTRAN】选项，【分析类型】下拉列表框选择【结构】选项，然后选择【SOL 101线性静态-全局约束】解算方案类型。解算方案名称改为【Solid_SOL101】，代表3D模型的SOL101线性静态分析。

2）将【M1001_球壳_fem1i.prt】设为显示部件，并对几何体进行提升。

3）单击【拆分体】按钮，【目标】选择球壳的几何体，在【工具选项】下拉列表框中选择【拉伸】选项，单击【选择曲线】后面的【绘制截面】按钮，创建草图。在XY平面上绘制两条通过原点的线段，一条在X轴上，另一条与X轴夹角为2°，如图10-8所示。单击菜单栏左上角的【完成】按钮，退出草图，单击【确定】按钮，完成拆分草图绘制。

图10-8 绘制草图用于拆分几何体

4）进入FEM界面，在【仿真导航器】中将大的几何体抑制，然后采用【2D网格】，在2°球壳的上表面划分2D网格种子。【网格划分方法】下拉列表框中选择【铺砌】选项，在【单元大小】参数框中输入【2mm】，【仅尝试四边形】下拉列表框选择【关-允许三角形】选项，取消勾选【将网格导出至求解器】复选框，得到图10-9所示的2D网格。

5）采用【3D扫掠网格】，以上表面为源面划分3D网格，【网格类型】下拉列表框中选择【CHEXA（8）】，【源单元大小】参数框中输入【2】，勾选【使用层】复选框，【层数】参数框输入【3】，得到图10-10所示的3D网格效果。

图10-9 上表面的2D网格

图10-10 3层3D网格

6）在【仿真导航器】中，右键单击【Solid（1）】，修改实体属性，选择材料时创建各向同性材料。将材料名称改为【7075-T6】，按照10.2中的材料参数，输入密度、杨氏模量和泊松比。展开【应力-应变相关属性】，在【应力-应变（H）】参数框中输入硬化模量的值【7580MPa】，【硬化规则（HR）】下拉列表框中选择【运动学】（英文是Kinematic表示随动硬化），【初始屈服点】参数框输入【538MPa】，完成材料参数如图10-11所示。

图10-11 定义材料参数操作

2.创建线性静态分析解算方案

1）右击【M1001球壳fem1.fem】节点，选择【显示仿真】节点，进入SIM界面。

2）隐藏网格，只显示2°球壳的几何体，在球壳外缘面上创建【固定约束】。

3）在中心轴线所在的边界线上创建【用户定义约束】固定DOF1和DOF2，如图10-12所示。

4）在模型的两个侧面上创建【对称约束】，如图10-13所示。这样会出现约束冲突，右键单击【Solid_SOL101】节点，选择【解决冲突】节点，应用Fixed（1）或UserDefined（1）解决约束冲突。

图10-12 固定约束和用户定义约束

图10-13 对称约束两个侧面

提示

● 因为在施加【对称约束】时模型有两条边同时也被【固定约束】和【自定义约束】约束住了，这两条边被重复约束了，所以会出现约束冲突。

● 这里还可以在施加约束时将共同的约束直接排除，可以达到相同的效果。

5）创建【压力】载荷，在模型的上表面施加2MPa的压强，如图10-14所示。

3.线性求解结果分析

求解计算完成后进入后处理查看应力结果，如图10-15所示为模型的应力云图，可以看出其最大应力值为【486.55MPa】，没有超过材料的屈服强度【538MPa】。根据10.3中的分析和预测，该结构可能发生屈曲。如果屈曲临界载荷大于【2MPa】，可以认为结构的强度足够，反之，则强度不足。下面进行线性屈曲分析。

图10-14 上表面压力2MPa

(www.xing528.com)

图10-15 模型应力云图

4.创建线性屈曲分析解算方案

1）新建解算方案，名称改为【Solid_SOL105】，【解算方案类型】下拉列表框中选择【SOL105线性屈曲】选项，单击【确定】按钮。

2）浏览【仿真导航器】中的结构树，该解算方案包含两个子工况：【Subcase-Buckling Loads】和【Subcase-Buckling Method】。其中，第一个工况用于设定载荷，第二工况用于提取特征值。将解算方案【Solid_SOL101】中的所有约束和载荷，分别拖放到【Solid SOL105】的【约束】下和【Subcase-BucklingLoads】的【载荷】下，得到如图10-16所示的结构树。

3）右键单击【Subcase-Buckling Method】选择【编辑】节点，单击【Lanczos数据】选项后面的按钮，在【所需模态数】参数框中输入【1】，即本方案只需要提取一阶特征值，如图10-17所示。

图10-16 SOL105的约束和载荷

图10-17 Buckling Method特征值提取

5.线性屈曲分析结果查看

线性屈曲分析解算方案求解计算完成后，在后处理导航器中查看相关的结果，如图10-18所示。其中，【Subcase-Buckling Loads】的结果与前面【Solid_SOL101】线性静态分析的结果相同，【Subcase-Buckling Method】中可以查看特征值。

一阶特征值为0.775，则换算得到本工况的屈曲临界载荷为：0.775×2MPa=1.55MPa。

【Subcase-Buckling Method】中的模态位移云图如图10-19所示。这里的位移数值的大小并不代表实际变形，只反映了结构在这种屈曲模式下的相对变形情况。

图10-18 查看特征值

图10-19 屈曲模态位移

6.创建非线性屈曲分析解算方案

1）新建解算方案，名称改为【Solid_SOL106】，【解算方案类型】下拉列表框中选择【SOL106非线性静态-全局约束】选项，单击【确定】按钮。

2）将解算方案【Solid_SOL101】中的所有约束和载荷，全部拖放到【Solid_SOL106】节点的下面。

提示

非线性分析需要设置载荷增量步，模拟后屈曲行为一般采用弧长法，下面对相关求解参数进行设置。

3）右键单击【Solid_SOL106】解算方案，选择【编辑】节点。在【工况控制】栏中，编辑【非线性参数（Nonlinear Parameters1）】的【常规】子项【增量数】，在其参数框中输入【50】，【每次增加载荷时的最大迭代次数】参数框中输入【50】，【中间输出标志】下拉列表框中选择【全部】选项，如图10-20所示。在【弧长法参数（Arc-Length Methods Parameters1）】中【属性】子项【最大增量】参数框中输入【100】，如图10-21所示。

图10-20 设置【非线性参数】相关参数

图10-21 设置【弧长法参数】相关参数

4）考虑该方案存在几何非线性行为，在解算方案的【参数】栏中，勾选和激活【大位移】复选框，如图10-22所示。

图10-22 在【解算方案】中打开【大位移】复选框

5）求解再查看结果，后处理导航器中显示了每个非线性增量步和对应的载荷因子，如图10-23所示。随着非线性步增加，载荷因子先增大再减小，然后再增大，变化趋势与10.1中图10-4所示的曲线类似。载荷因子和位移之间的关系曲线，将在下一节的结果分析中介绍。不难发现，载荷因子的第一个极大值出现在【非线性步38】，对应的载荷因子为【0.669243】。

屈曲临界载荷为：0.669×2MPa=1.34MPa，比SOL05线性屈曲分析得到的临界载荷更小。