基于结构预变形的瞬态分析

CAE大拿

主题	基于结构预变形的瞬态分析
用途	螺栓紧固结构，其螺栓预紧力对结构响应起决定性作用。对这类结构进行瞬态冲击分析方法
软件信息	Patran + Dytran
内容	结构预变形的施加，由于存在螺栓预紧力，并且螺栓预紧力作为一个很关键的边界条件，在程序模拟过程中，采用结构预变形的方式施加，并添加阻尼使结构稳定 在预变形情况下，分析叶片脱落 分析结果

1.问题描述
叶轮机在高速旋转过程中，某时刻叶片断裂撞击到机匣,需得到撞击载荷，以及部分特征点的位移曲线。为了更一步了解整个撞击过程中接触载荷以及关键点位移随时间的关系，进行了此次仿真分析。

2.模型描述
如图所示结构，结构三维模型如图，根据结构特点，在建模的过程中选用了六面体网格，总计单元数为287670，节点数为355035，有限元模型如下：
   
结构三维模型                                                            整体有限元模型

      
螺栓有限元模型                                                             螺柱有限元模型

3.预应力分析
3.1边界条件
固定约束

根据实际情况，将结构的基座部分四个脚固定约束，对于转子，给定绕中心旋转约束（防止重力对叶片影响）。给中间撑杆约束。

接触定义
仿真分析过程中建立了13对接触，其余均采用重合节点的方式，实现几何体装配，具体约束如下:
      
转子自接触                                                                             转子与壳体接触

      
壳体与壳体接触                                                                        壳体与基础接触

      
壳体与压块接触                                                                         壳体与橡胶块（左下）接触

         
壳体与橡胶块（右上）接触                                                       壳体与支架接触

螺杆和压块接触
螺杆与压块接触，螺栓和基体接触，在初始时刻时不接触，在时间为0.001s时启动接触。


初始条件
1.    螺杆上端面，已20m/s速度向z运动0.001S，之后释放
2.    左端两个螺栓，已5m/s速度向x运动0.001S，之后释放
3.    右端两个螺栓，已5m/s速度向-x运动0.001S，之后释放

3.2材料定义
1.壳体材料

2.转子材料

3.橡胶材料

4.    其他结构材料

3.3分析设置
分析时间：预应力施加为1ms，考虑结构响应稳定，分析时间为10ms
预应力分析设置

3.4提交分析
将patran生成的计算分析文件，提交Dytran进行计算，可以在Dytran中设置多核并行求解。

3.5分析结果
3.5.1结构转动情况  
     
0.1 ms                                                                          0.5 ms  
     
1 ms                                                                              1.1 ms  
   
1.5ms                                                                             2 ms  
     
3ms                                                                               4ms
     
5ms                                                                               6ms
     
7ms                                                                               8ms  
      
9ms                                                                               10ms
由图上位移可以看出在7ms时位移为0.0238，到10ms时位移还是0.0238，我们可以认为结构已经稳定

3.5.2接触力曲线
1.    螺柱与压块接触载荷曲线

螺柱预紧力（4个的和）  

螺栓预紧力（螺栓1）                    螺栓预紧力（螺栓2）  

螺栓预紧力（螺栓3）                        螺栓预紧力（螺栓4）

4.叶片脱落分析  
初始时，整体结构（除转子和约束点外）给0的初始速度，为保证结构稳定。在0.0001s是将其释放。
转子初始转速为500转/秒。

4.1分析设置
分析时间：叶片转动周期为2ms，因此分析时间为6ms
预应力初始化设置

4.2分析结果
转子转动情况  
      
0.1 ms                                                                              0.5 ms  
     
1 ms                                                                                  2ms  
     
3 ms                                                                                  4ms  
      
5ms                                                                                   6ms

5.5.2橡胶变形  
      
1 ms                                                                                  2ms  
      
3 ms                                                                                  4ms  
      
5ms                                                                                   6ms