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有限元分析進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)計(jì)算，多半是根據(jù)現(xiàn)有機(jī)型編制針對(duì)實(shí)際的有限元強(qiáng)度分析計(jì)算程序進(jìn)行的。已有的有限元計(jì)算通用程序如SAPS程序都是研究整體對(duì)象。實(shí)際研究的絕大多數(shù)問(wèn)題是形體不規(guī)則且較復(fù)雜，所劃分的單元及節(jié)點(diǎn)數(shù)較多，出現(xiàn)了小型計(jì)算機(jī)內(nèi)存溢出。采用子結(jié)構(gòu)法對(duì)箱形結(jié)構(gòu)進(jìn)行偶合分析計(jì)算，實(shí)現(xiàn)單元及節(jié)點(diǎn)數(shù)較多的結(jié)構(gòu)有限元分析，以解決大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)與小型計(jì)算機(jī)內(nèi)存不足的問(wèn)題。
由于箱形結(jié)構(gòu)上有許多軸孔而形成計(jì)算較為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。采用三維20節(jié)點(diǎn)等參數(shù)單元來(lái)劃分箱形結(jié)構(gòu)的離散網(wǎng)絡(luò)，以適應(yīng)曲線或直線邊界以及曲面或平面邊界，較好地逼近實(shí)際結(jié)構(gòu)的形體。但形成了高階的整體剛度矩陣，極有可能超出計(jì)算機(jī)容量，在小型計(jì)算機(jī)上難于實(shí)現(xiàn)計(jì)算。為此，將箱形結(jié)構(gòu)劃分為三個(gè)子結(jié)構(gòu)，如圖所示。每個(gè)子結(jié)構(gòu)單獨(dú)建立力學(xué)模型，再進(jìn)行有限元稠合分析計(jì)算。
依據(jù)線彈性結(jié)構(gòu)的疊加原理把各子結(jié)構(gòu)邊界固定，在子結(jié)構(gòu)內(nèi)部節(jié)點(diǎn)載荷作用下求出邊界節(jié)點(diǎn)反力；再把邊界放松，置內(nèi)部節(jié)點(diǎn)載荷為(O)，由邊界上力的平衡方程求出真實(shí)邊界位移；然后分別對(duì)每一子結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。即將整體結(jié)構(gòu)劃分為子結(jié)構(gòu)，各子結(jié)構(gòu)之間通過(guò)邊界位移來(lái)藕合，計(jì)算出邊界節(jié)點(diǎn)位移后，各子結(jié)構(gòu)便相互獨(dú)立。式中節(jié)點(diǎn)位移向量及載荷向量。
為確定子結(jié)構(gòu)法計(jì)算程序FES的計(jì)算誤差，對(duì)箱形結(jié)構(gòu)進(jìn)行了應(yīng)變測(cè)量。按子結(jié)構(gòu)法劃分的節(jié)點(diǎn)處布置45。應(yīng)變其中選擇內(nèi)部節(jié)點(diǎn)和邊界節(jié)點(diǎn)各10個(gè)測(cè)點(diǎn)。試驗(yàn)載荷按靜態(tài)加載由測(cè)力傳感器測(cè)控加載大小。應(yīng)變實(shí)驗(yàn)裝置采用YJ-5型靜態(tài)變變儀和P20R-5型預(yù)調(diào)平衡箱構(gòu)成多點(diǎn)測(cè)量系統(tǒng)。測(cè)量線路采用半橋連接，其中一個(gè)為溫度補(bǔ)償片。主要測(cè)點(diǎn)應(yīng)變換算成應(yīng)力的測(cè)試結(jié)果與子結(jié)構(gòu)法有限元計(jì)算程序FES計(jì)算結(jié)果及其誤差見(jiàn)表結(jié)果表明，最大計(jì)算誤差為18.19%。
(1)測(cè)試結(jié)果表明，子結(jié)構(gòu)法計(jì)算程序FES計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)值基本一致，說(shuō)明子結(jié)構(gòu)計(jì)算模型與程序FES正確，其計(jì)算誤差滿足工程計(jì)算要求。
(2)所研究的箱形結(jié)構(gòu)安全貯備量較大。
(3)子結(jié)構(gòu)法為在小型計(jì)算機(jī)上計(jì)算大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)，尤其是組合結(jié)構(gòu)件的強(qiáng)度問(wèn)題，提供了應(yīng)用前景。
(4)分塊網(wǎng)絡(luò)劃分簡(jiǎn)單、數(shù)據(jù)準(zhǔn)備工作量較小，節(jié)省內(nèi)存單元且可減少計(jì)算時(shí)間。
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