有限元论文

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1、1 无人飞机发射器简单介绍无人机的一个主要优点是起飞灵活不需要专门的跑道。目前无人机起飞 主要有两种方式：发射器发射和火访助推。发射器原理是用储能元件 （如弹簧） 储能然后利用这个能量把无人机发射升空。本文主要介绍飞机弹射器的直接建模及分析主要参数如图所示， 1000 牛 的负载垂直加在飞机弹射器上。飞机弹射器由空心钢管做成，钢管外径是40mm.内径是30mm；钢管材料的弹性模量是200GFa.弹簧的刚度是5N / mmo几何模型2 分析主要内容复合单元的使用。单元C0MB1N7模拟接头和单元C0MBIN14模拟弹簧。3 建模进入前处理器：/ PREP7修改标题名称为：CatapultUtil

2、ity MenuFileChang Title/Title,catapult3.1 定义单元类型在这个问题中，使用了三种类型的单元：PIPEI16、C0MB1N7、C0MBIN14。创 建单元前要先定义单元类型。这些单元有6种自由度,三个移动和三个转动。1. 定义管单元(PIPEI16) 由于有6个自由度这种单元可以用来模拟三维结构。PreprocessorElement TypeAdd/Edit/Delete 点 击 “ Add ”。 选 择 “pipe”,”Elast straight 16”。2. 定义铰单元(COMBIN7)铰单元可以使飞机弹射器绕节点 1 和 2 旋转。 按同意方法，

3、 选择“combination” “revolute joint 7，点击“apply”3. 定义弹簧单元(COMBlNl4)同样方法，选择 “combination”，“spring damper 14”。点击按钮 OK。在 “elemen t Types ”窗口出现定义的三种类型单元。3.2 定义实常数对三个单元都要定义实常数 。1. 管单元(PIPEl16)实常数PreprocessorReal ConstantsAdd/Edit/Delete，按“Add”，选中单 元1 (PIPEl16),点“OK,出现对话框,在对话框中输入属性，管单元的实常数 就定义了。其中：管的外径0D = 40

4、，管厚TKWALL=10。2. 铰单元(COMBIN7)实常数通过不同的柔性水乎。我们可以对五个自由度(UX，UY，UZ，ROTX和R0TY) 进行限制，用三个实常数来限制： K1(UX， UY)， K2(UZ)and K3(ROTX,ROTY)。 假如：在这个模型里，K1到K3我们可以给高的值，这样模型就只能绕Z轴旋转。选中单元 2 “C0MBIN7”.并按“ 0K”，出现 Real Cons tan ts For COMBIN7 对话框，输入 K1=1E9,K2=1E9,K3=1E9。在这个模型中我们定义的实常数是指两个相交节点之间的关系。通过对X-Y平面和绕Z抽方向的刚度矩阵赋很大的 值

5、，基本上能限制两个节点彼此自由度。3. 弹簧单元（COMBIN14）实常数选中弹簧单元。COMBIN14”.输入弹簧刚度系数K=5。在单元类型窗口将 会有三种类型的单元实常数设置出现。3.3 定义材料属性PreprocessorMaterial Props Material Models 在材料模式窗口确保材料号 1 被选中。Selec t St rue tu ralLinearElas ti cIso tropic在窗口出现后，输入如下钢的属性，然后点击按钮“ 0K”。 输人：杨式模量更X： 200000,泊松比：0. 33。3.4 节点定义PreprocessorModelingCreat

6、eNodesIn Active Cs. 出现对话框分别输入节点（0， 0， 0），（0， 0,1000）,（1000,0,1000）,（1000,0,0）, （0,1000,1000）,（0,1000,0）， （700,700,500）（400,400， 500），（0， 0， 0），（0， 0， 1000），（0， 0， 500），（0， 0， 1500），（0， 0， -500），这样就创立了13 个节 点。1创建管单元首先定义单元类型 Preprocessor ModelingCreateElementsElem Attributes.单元类型数选中“1 PIPEll6”，材料编号为1,

7、实常数选1。然后点击“OK”， 单元类型以及材料、实常数就定义了。通过节点创建单元，命令流方式： E， node a, node b通过加入节点“a”和“b”创建以下单元。最后可以得到以下几何图 形。1345678910111213123109712131256654348ss561334飞机发射器几何模型2创建铰单元定义单元类型单元类型数选中“2C0MB1N7”，材料编号为1.实常数选2。然后点击“0K”。 为了定义一个铰，必须三个节点。两个节点相交在旋转点上。联接铰接点的单元 要相对于每一个交点。另一个节点定义为旋转铀.轴为相交节点和第三个节点的 连线。命令流：E,1,9,11 E,2,1

8、0,11通过加入节点“I “和” J创建线，此时铰 绕直线为轴转动。其中，节点11来定义铰的旋转方向。（I为1，2, J为2, 10）3.创建弹簧单元用同样的方法在出现的对话框中.在单元类型号中输入3COMBIN14，实常数 类型号中输入3,点击按钮“OK”创建单元，命令流形式：E,8,5 E, 8,6通过加入节点创建线。3.5 网格划分因为模型是通过节点直接创立所以不必对模型进行网格划分。如果建模是 通过关键点和线，通过对线网格划分来创建有限元模型是必要的。有限元模型是 ANSYS 来求解的模型。画单元：Utility MenuPlotElements飞机发射器完整几何模型3.7 分配载荷和

9、求解指定分析类型命令流： ANTYPE，0容许大变形命令流： NLGEOM,ON 由于模型有大的破坏，因此大变形的影响要考虑。加约束So1ution Loads ApplystructuralDisplacementOn Nodes选中节点3，4，12和 13，约束所有自由度。加载Solution Loads Applystruetural Force / Momenton Nodes在第7 号节点处加 1000N 的垂直力。加载和约束如图所示：4 求解命令流：SOLVE注意：在求解过程中，将会看到一个警告，这表明，求解有大的位移；这是因为 有绕节点的旋转运动。5 后处理：观察结果5.l 显示

10、变形显示变形前后对照图。5.2 动画显示变形过程ANSYSTIHE-lCAVG=385 20 3SMN=213 3945TEE*=1 SUB =31NODAL SOLUT工期JZilT 16 201121:30:475.3 应力云图ANSYS0创1NODftL SOLUTIONJAN 2D1121:29:00STEP=1SUB *3TIME=1ROTSDMR3Y3-0DMX =3052赶科SMX =.39470008771317542.263138350051 043B56 1315-69-219232 306995 39 4 70S此图是应力云图。最大和最小应力位置可以在因中找到。因为在分析中，飞机弹射器的材料已经给定，其各种材料参数一定，这样可以对飞机弹射器进行强度校核。通过动画可以直观看到设计中较弱的部位以及传力不好的部位，设计人员可对应力分布图中显示较弱的部位进行局部加强或改善传力路线，以使结构更 为合理和更可靠。