【摘 要】
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板壳结构在汽车工程中有着广泛的应用,对汽车白车身而言,其90%以上的结构件均由板和壳组成。板壳单元的精度和效率直接影响着车身的强度、刚度、模态、冲压成形等仿真分析的精度
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板壳结构在汽车工程中有着广泛的应用,对汽车白车身而言,其90%以上的结构件均由板和壳组成。板壳单元的精度和效率直接影响着车身的强度、刚度、模态、冲压成形等仿真分析的精度和效率。鉴于三角形网格生成成本低且能准确逼近复杂几何形面,因此其具有巨大的工程应用价值。工程中常用的传统离散剪切间隙方法(DSG3)减弱了剪切自锁现象,但其计算结果受到单元节点编号顺序的影响。本文针对传统离散剪切间隙方法的缺陷,构造出了一种基于中心点插值的高精度无自锁新型三角形Reissner-Mindlin板壳单元。具体工作为: (1)利用 DSG3方法,构建了中心点离散剪切间隙板单元(CP-DSG3)。基于 Reissner-Mindlin中厚板理论,以三角形单元的中心点为参考点离散剪切间隙,构造出了一种新型中厚板单元数值模型,其有效地解决了传统 DSG3的缺陷。此外,CP-DSG3板单元计算流程简单,没有增加任何内部变量和自由度,提高精度的同时兼有较高的效率。基于 Matlab语言编制了 CP-DSG3板元相关源程序代码,通过板的标准算例,检验了CP-DSG3板元的性能。 (2)构建了中心点离散剪切间隙壳单元。基于壳体问题基本方程、坐标变换等,构造了中心点离散剪切间隙壳单元,其有效克服了传统离散剪切间隙方法在壳体中的数值缺陷。基于 FORTRAN语言编制了 CP-DSG3壳元线性有限元分析程序代码,将CP-DSG3壳元用于求解壳体线性问题、白车身静刚度及模态问题,并将计算结果与DSG3结果、专业有限元软件结果进行对比。 (3)将构造的CP-DSG3壳元用于薄板成形数值模拟。首先将构造的CP-DSG3壳元用于求解壳的显式动态问题,给出了相关屈服准则、弹塑性更新算法、节点内外力计算方式等。在此基础上,将 CP-DSG3壳单元用于求解包含材料、几何和边界三大非线性的薄板冲压成形问题,并将计算结果与实验结果进行对比。结果表明本文所构造的 CP-DSG3壳元能够有效处理板料冲压成形问题,在工程中有较好的实用价值。
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