何明松

摘 要

作為有限元仿真的基礎(chǔ)，CAE網(wǎng)格的簡化形式和質(zhì)量對計算結(jié)果的準確性十分重要。本文描述了飛機整體部段模型和詳細模型的簡化和檢查方法，可供有限元建模時參考使用。

關(guān)鍵詞

CAE;網(wǎng)格簡化;網(wǎng)格質(zhì)量

中圖分類號： TP391.41 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.11.060

1 整體有限元建模

整體有限元模型一般用在方案布局迭代設(shè)計時的強度估算和詳細分析時的載荷傳遞。依據(jù)三維模型建立CAE整體模型時，可如下簡化：

a）網(wǎng)格的節(jié)點位于理論外形上，框平面和長桁軸線的交點處。相鄰的框和長桁間形成一個四邊形或則三角形網(wǎng)格。

b）機身蒙皮主要承受面內(nèi)的張力和剪力，將蒙皮簡化為二維單元。

c）框考慮承受框平面內(nèi)的彎曲?？蚓壓喕癁榱涸淦拭嫘褪郊俺叽缬每?qū)嶋H剖面確定;框腹板簡化為殼元，厚度取實際腹板厚度。

d）長桁考慮只受拉壓應(yīng)力，故簡化為桿元，其剖面積選取長桁實際面積。

2 細節(jié)有限元建模

處理正確且質(zhì)量良好的細節(jié)有限元模型才能正確反映結(jié)構(gòu)設(shè)計細節(jié)，求解得到正確的位移、應(yīng)力結(jié)果。細化有限元建?？蓞⒖既缦拢?/p>

幾何清理：盡量在CAD軟件中建立高質(zhì)量的三維數(shù)模，減少導入前處理后所需的幾何清理工作量。

抽取中面：由于飛機大部分的零部件為薄壁結(jié)構(gòu)，采用殼單元建模既能保證計算精度，又能控制計算規(guī)模。抽取中面后應(yīng)仔細檢查并進行修補，確保中面連續(xù)并位于中間位置，也可后續(xù)于中間位置手工創(chuàng)建單元。

網(wǎng)格劃分：單元尺寸的確定既要考慮各個細節(jié)，也要考慮單元總數(shù)和計算規(guī)模。單元類型要盡量選擇四邊形單元和六面體單元，才能保證足夠的計算精度。

鉚釘處理：當單元尺寸大于三倍鉚釘直徑以上時，不需要對鉚釘進行細化處理，可直接生成CWELD單元。如果需要建出鉚釘（或螺栓）細化模型，需在孔周邊增加至少六個四邊形單元，然后通過CWELD或者梁單元進行模擬。

質(zhì)量檢查：要制定質(zhì)量檢查標準，通過仔細修改網(wǎng)格來提高單元質(zhì)量。時間緊迫可以適當降低單元質(zhì)量標準，但應(yīng)盡量避免。檢查數(shù)值可參照表1。

3 過渡有限元建模

二維單元之間盡量采用1變3和1變2的過渡方式。

三維單元和二維單元過渡時，可以考慮在連接局部區(qū)域的三維單元上通過提取邊界建立與三維單元共節(jié)點的厚度很薄的殼單元，再與相鄰的二維單元相連。

一維單元與二維單元可以直接共節(jié)點，也可以通過剛性單元連接。

參考文獻

[1]HyperWorks進階教程系列《HyperMesh&HyperView應(yīng)用技巧與實力分析》.王鈺棟，金磊，洪清泉，編著.

[2]《機械設(shè)計手冊》徐灝主編.