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2.1單元的選用與劃分

2.1.1結構有限元建模的單元選擇

機械結構件大都較復雜，尤其是床身、立柱等大中型結構件，進行有限元分析 時，簡單地使用某一類單元進行離散模擬，難以真實反映實際結構的力學特性。針對 不同結構或同一結構不同區域的幾何、載荷特征釆用合適的單元模擬可使有限元模型 更切實際，如結構件的壁板用殼單元模擬，加強肋、絲杠等用梁單元模擬，軸承座等 不規則實體可用體單元模擬。為此，復雜結構的有限元模型通常是混合單元模型。

機械結構離散時常用的體單元有四面體單元solid92、六面體單元sdid45或 _S〇lid95,而殼單元一般選用低階的shell63即可滿足計算精度要求。使用四面體單元進 行自由網格劃分可通過軟件自動完成，效率高，但離散后節點數量多，計算規模大、 時間長。四面體單元應用于復雜結構時，為避免網格劃分失敗，往往需要提髙單元密 度或對結構幾何特征作較大的簡化。六面體單元計算精度髙，但應用于幾何特征復雜 的結構件時，網格劃分繁瑣、難度高，需耗費大量的時間。殼單元形態容易控制，網 格質量相對較高，應用于模擬床身等機床結構件的壁板可大幅減小有限元模型的節點 數量，大大縮小計算規模，降低對計算機性能的要求，提髙計算效率。但殼單元的使 用對結構幾何尺寸有一定的要求，且使用殼單元模擬偏向于厚殼的實體，計算精度不 如體單元模型。實際應用時，需要結合分析對象的特點，靈活選擇其中的若干種建立 結構的混合單元模型。

2.1.2殼單元使用要求和劃分方法

應用殼單元模擬結構，要求使用殼單元的區域滿足厚度尺寸遠小于平面長度尺 寸。但對于單個殼單元，則無此限制，在較精細的網格中，可能包含厚度尺寸大于平 面內尺寸的殼單元。文獻[17]指出，厚度尺寸表示為f，平面內尺寸表示為6,薄板的 "辦值的范圍應滿足：

(1/100 ?1/80)以/6S(l/8 ?1/5) (2.1)

在此范圍之外，值大的稱為厚板，小的稱為薄膜。

一般厚度尺寸/小于典型整體結構尺寸的1/10,就可以用殼單元進行模擬。其中， 典型整體結構尺寸包括^[18]:

1) 支撐點之間的距離；

2) 加強件之間的距離或截面厚度有很大變化部分之間的距離；

3) 曲率半徑；

4) 所關注的高階振動模態的波長。

使用殼單元模擬板殼實體，可先提取實體的中面，然后在中面上劃分殼單元，并 通過設置殼單元的實常數模擬實體的厚度。如有需要，可通過一個偏置量使中面 偏離中間位置，如圖2.1所示。

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