07 使用实体单元分析简支梁

专注于仿真分析和振动分析

00 导读

    笔者前作《04 使用梁单元和壳单元分析简支梁》用梁单元和壳单元分别分析了简支梁，结论如下。

    1）使用梁单元和壳单元的分析结果都是准确的；

    2）使用梁单元不能显示正应力和切应力在梁截面的分布；

    3）使用壳单元可以显示正应力和切应力在梁截面的分布；

    4）使用梁单元可以直接查看梁截面的弯矩和剪力；

    5）使用壳单元不能直接查看梁截面的弯矩和剪力；

    本文使用实体单元分析简支梁是为了说明三个问题。

    1）使用实体单元的分析结果是准确的；

    2）板厚方向只有一层二阶六面体单元是合理的；

    3）使用实体单元可以显示正应力和切应力在梁截面的分布；

    4）长厚比为10的二阶六面体单元的分析结果仍是准确的；

01 研究背景

在有限元传统分析中，薄壁结构总是建议进行抽壳。其实事情正在起变化，笔者知道风电行业的塔筒是薄壁结构，行业内使用实体单元进行有限元分析；工程机械行业的各种钢板焊接结构，行业内使用实体单元进行有限元分析。那么板厚方向只有一层二阶六面体单元是否合理？以及六面体单元的厚度尺寸和长度的比值应该控制在什么范围内？这些是值得了解的。

02 几何模型

   几何模型如下图所示。T型梁，H型梁，箱型梁分别用实体单元和梁单元分析，形成6根相互独立的梁，并且它们的截面积是一致的。

03 材料模型

    本文使用到的所有材料参数如下。

    线弹性。

04 网格划分

    网格如下图所示。左边3根为实体单元模型，右边3根为梁单元模型。

    详细观察实体单元模型，厚度方向只有一层二阶六面体单元。

05 仿真分析

    两端简支，翼缘均布压力。

    梁单元结果(弯曲应力和挠度)，分别为矩形梁，H型梁，T型梁。

    实体单元结果(弯曲应力和挠度)，分别为矩形梁，H型梁，T型梁。

    对比以上结果可以得出：

    1）使用实体单元的分析结果是准确的；

    2）板厚方向只有一层二阶六面体单元是合理的；

    对比以下结果可以得出：

    3）使用实体单元可以显示正应力和切应力在梁截面的分布；

    以上实体单元分析模型中，单元最大的长厚比为5，以下设置单元最大的长厚比为10。对比分析结果可以得出。

    4）长厚比为10的二阶六面体单元的分析结果仍是准确的；