参数化有限元法及其应用

论文题目: 参数化有限元法及其应用

论文类型: 硕士论文

论文专业: 工程力学

作者: 李福民

导师: 蹇开林

关键词: 有限元法,有限元软件,参数化有限元,参数化建模

文献来源: 重庆大学

发表年度: 2005

论文摘要: 有限元分析各阶段所用时间的40%～45%用于模型的建立和数据输入(即前处理),50%～55%用于分析结果的判读和评定(即后处理),而分析计算只占5%左右。在科研及新产品研发实际中,经常要对多个相似方案进行比较,以筛选出最合理的方案。但当前有限元分析软件系统都是用“软试错”代替“硬试错”,存在前后置处理过程复杂、烦琐,易出错,费时、费力,对软件使用者要求高等问题,使一些有限元分析软件难以推广应用。如果按照现有有限元分析软件所规定的步骤,将花费大量的时间在各个方案的前后处理上,且增加出错机率。对于系列化、通用化和标准化的定型产品,如模具、夹具、液压缸、阀门等,这些产品设计所采用的数学模型及产品的结构都是相对固定不变的,所不同的只是产品的结构尺寸有所差异,而结构尺寸的差异是由于相同数目及类型的已知条件在不同规格的产品设计中取不同值造成的。对于这类产品进行设计时,采用参数化建模方法对尺寸进行替换,这样对于不同结构尺寸的产品只需要改变相应参数化尺寸的值就可以自动迅速的得到产品的模型,省去了大量重复过程,提高了设计生产效率。基于此优点,参数化建模的思想与功能在诸多CAD软件中得到应用实现。步进梁式炉底机械是高炉炼钢的重要设备,根据不同炼钢厂的需要随时要改变设计,但其结构形式不会发大的变化。由于炉底机械承受大量载重,其结构安全性是设计的关键,目前国内外,对每一个炉底机械都要进行有限元分析,因此开发炉底机械的参数化有限元分析软件系统具有重要的现实意义。美国MSC公司的有限元前处理软件PATRAN提供了一种PCL语言,可实现编程式参数化有限元分析,且可开发具有良好用户界面的参数化有限元分析系统。本文利用PATRAN软件,输入可变化的参数,完成了炉底机械参数化自动有限元计算模型的建立、约束和载荷的施加、从而实现了炉底机械的自动化有限元静力分析。为方便设计人员使用,可变参数的输入采用屏幕提示输入方式,并设置缺省值,开发的软件具有弹出式菜单风格。所开发的软件系统具有参数化自动建模、计算、结果显示的功能。

论文目录:

中文摘要

英文摘要

1 引言

1.1 参数化有限元法的意义和研究现状

1.1.1 本课题研究的目的及实用意义

1.1.2 课题的研究现状

1.2 本课题研究的目标和内容

1.2.1 本课题的研究目标

1.2.2 本课题的研究内容

1.3 本课题拟采用的研究方法及技术路线

2 结构分析的基本理论

2.1 弹性力学的基本方程

2.2 虚功原理

2.3 线弹性力学变分原理

2.4 建立有限元方程的步骤

3 PCL 语言及其在实现参数化有限元法的应用

3.1 PCL 语言简介

3.2 PCL 语言在实现参数化有限元程序开发中的应用

3.2.1 用户程序的编译与连接

3.2.2 用户界面(窗口、菜单等)的形成

3.2.3 数据交换

3.2.4 子函数和子程序的编写

4 炉底机械参数化有限元法程序的开发

4.1 项目背景

4.2 软件开发说明

4.2.1 软件系统开发的思路

4.2.2 软件系统的具体可变参数

4.2.3 软件系统的程序框架

4.3 软件使用说明

5 炉底机械参数化有限元计算实例

5.1 计算条件和模型

5.2 计算结果

5.2.1 工况—1 的结果

5.2.2 工况—2 的结果

5.2.3 工况—3 的结果

6 总结与展望

致谢

参考文献

附录

发布时间: 2006-12-08

参考文献

[1].大型客机外形参数化与机翼气动结构多学科优化[D]. 湛岚.南京航空航天大学2009

参数化有限元法及其应用

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