某6mm单片玻璃风压作用下变形和应力有限元分析(非线性)
文摘
科学
2024-02-03 08:03
北京
某单片玻璃，厚度为6 mm，尺寸为1200 mm× 1800 mm，四边支撑构造，风荷载标准值为w0=1.0 kN/㎡，计算分析其风压作用下的变形和应力。打开软件，选中模块Part，单击左侧工具栏中Creat Part按钮，弹出对话框；在Name后输入名字Boli。本例中玻璃几何模型为2D，但所受荷载垂直于玻璃面板，因此该模型为三维可变的板，故Modeling Space下面选中3D，Type下选中Deformable；Base Feature中的Shape下选中Shell，Type下选中Planner。根据玻璃尺寸，在Approximate size后设置部件的近似尺寸为1800。(2) 绘制模型。在左侧工具栏中点击（Creat Lines：Rectangle）按钮，按绘图区下方提示输入矩形左下角坐标（-600，-900），按回车键确认；按提示输入矩形右上角坐标（600，900），按回车键确认，结束矩形绘制。点击Done按钮完成玻璃绘制。(3) 定义材料。选择Property模块，点击Creat Materials按钮，弹出Edit Material对话框，设置玻璃参数。(4) 创建截面属性。单击工具区中Creat Section按钮，弹出Creat Section对话框，将截面命名为Section-Glass，选择Shell和Homogeneous。点击Continue，弹出Edit Section对话框，输入玻璃厚度Value值为6，Material项选择刚才创建的材料Glass。(5) 赋予截面特性。单击工具区中的Assign Section按钮，按照提示，选择Shell模型，将建立的Section - Glass截面赋予玻璃模型。(6) 生成装配件。在环境栏中选择Assembly模块来生成模型的装配件。单击工具区中的Instance Part按钮，弹出Creat Instance对话框。在Instance Type下面有两个选项：Dependent和Independent，来指定实例是否依赖部件。(7) 创建并设置分析步。选择Step模块。单击工具区中的Creat Step按钮，弹出Creat Step对话框。我们一般进行静态分析，因此选中Static，General选项即可。单击Continue按钮进入Edit Step对话框，可点击查看Basic、Incrementation和Other属性页中的内容，这里将非线性开关打开，单击OK完成分析步的创建。(8) 设定输出数据。单击工具栏中Field Output Manager按钮，弹出Field Output Requests Manager对话框，单击Edit按钮，可以看到软件对Step-1步的默认输出要求。这里仅要求输出应力和位移，如下图设置，单击OK按钮完成输出设定。(9) 施加荷载。选择环境栏中的Load模块，在该模块中为模型施加边界条件和荷载。点击工具栏中的Creat Load按钮，弹出Creat Load对话框。根据问题描述，需要在玻璃表面上施加压力Pressure。点击Continue按钮，按照“Select surface for the load”的提示，选择玻璃，点击Done按钮，提示区可选择荷载施加在Brown还是Purple一面；通过选择合适的视图，可以看到模型的另一面，本例选择“Brown”。在弹出的Edit Load对话框中“Magnitude”后填入0.001，即在玻璃表面施加1.0 kN/㎡（等于0.001 N/mm2）的均布荷载。(10) 施加边界条件。本例中左边固定为XZ方向约束，下边固定为YZ方向约束，右边和上边固定为Z约束。单击工具区中Creat Boundary Condition按钮，弹出对话框。边界条件要在初始步施加，因此Step选项后选择“Initial”，边界条件类型选择Mechanical和Displacement/ Rotation。单击Continue按钮，出现“Select region for the boundary condition”提示。选中玻璃面板左边线，单击提示区中的Done按钮，在弹出的对话框中，约束U1和U3。(11) 划分网格。在环境栏中选择Mesh模块，划分网格。点击工具区中Assign Mesh Controls按钮，在弹出的Mesh Controls对话框中接受默认选项，单击OK按钮确认选择。点击工具区中的Assign Element Type按钮，为玻璃选择S4R单元。点击工具区中的Seed Part Instance按钮，弹出Global Seeds对话框，将Size Controls中尺寸设置为100。点击工具区中Mesh Part Instance按钮，出现提示“OK to mesh the part instance”后，点击提示区的中Yes按钮，完成网格划分。(12) 创建并提交分析作业。在环境栏中选择Job模块，在该模块中创建并提交分析作业。单击工具区中Creat Job按钮，弹出Creat Job对话框，为分析作业设置名字，选择计算对象模型。单击Continue按钮，弹出Edit Job对话框，接受所有默认设置。单击OK按钮，完成计算步骤设置。单击工具区中的Job Manager按钮，弹出Job Manager对话框。单击对话框中的Submit按钮，完成分析作业的提交。此时注意对话框中Status的变化：Submitted - Running - Completed。Completed意味着计算已经完成，可以查看计算结果。(13) 可视化显示结果。在环境栏中选择Visualization模块，在该模块中显示分析结果。需要打开文件，选择刚才保存的作业名称，这里为Job-1。显示变形图。点击工具区中的Plot Contours on Deformed Shape按钮，上边工具栏中选择Primary - U - Magnitude，则四边玻璃边形图如下图所示。即，该6 mm单片玻璃在风荷载标准值1.0 kN/㎡作用下线性变形为8.194 mm。显示应力图。点击工具区中的Plot Contours on Deformed Shape按钮，上边工具栏中选择Primary - S - M，则四边玻璃应力如下图所示。即，该6 mm单片玻璃在风荷载标准值1.0 kN/㎡作用下最大应力为17.162 N/mm2。这里需要注意的是，工程设计玻璃应力计算时，荷载应取风荷载设计值（=1.5倍风荷载标准值），即应取为1.5 kN/㎡，此时该玻璃应力计算结果见下图。即，该6 mm单片玻璃在风荷载设计值1.5 kN/㎡作用下最大应力为24.241 N/mm2。
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