[发明专利]一种杆单元接触计算的处理方法

说明书

一种杆单元接触计算的处理方法，已知杆单元、实体单元以及相应边界条件的有限元模型，在已知的有限元模型内，确定杆单元与实体单元发生接触的区域，在确定的处理区域内，沿每个杆单元的轴向，建立壳单元，将壳单元加载进已知的有限元模型，形成有限元模型，将有限元模型提交计算，输出该有限元模型的计算结果。

技术领域

本发明属于强度计算技术领域，涉及对杆单元与其它类型实体单元的接触处理方法。

背景技术

有限元法是将连续的求解域离散为有限个单元，并在给定约束条件下，利用有限单元的近似解逼近真实物理系统的数值分析方法。有限单元是对求解域离散后具有几何、物理属性的最小求解域。杆单元为表现形式为线段的单元，且只具有拉压刚度的有限单元；壳单元为表现形式为面片的单元，具有面内拉压、剪切刚度和面外弯曲刚度的有限单元；实体单元变现形式为实体块状的单元，具有拉压剪切刚度的有限单元。目前大多数有限元软件不能处理杆单元与其它单元的接触问题。但工程上越来越多的问题受到关注，如货网拦阻，安全带受载等，这些问题必须在设计中予以考虑。

目前解决此问题的主要方法主要有两种：一种为试验研究，这种方法工作量庞大，费用非常高昂；另一种方法是接触数值计算，但对绳索等软体结构很难模拟，通常采用壳或膜单元。计算结果经常会出现局部过大，不准确的现象。杆单元能够避免壳或膜单元的缺点，但是在大多数数值计算软件中不能设置接触条件。

发明内容

本发明的目的是：提供一种杆单元接触计算的处理方法，实现杆单元与其它单元的接触设置。

一种杆单元接触计算的处理方法，已知杆单元与实体单元的有限元模型，其特征在于包含以下内容：1)在有限元模型内，确定杆单元与实体单元发生接触的区域，该区域为处理区域；2)在确定的处理区域内，沿每个杆单元的轴向，建立壳单元，壳单元与对应的杆单元共节点；3)设定壳单元的厚度并赋予壳单元对应杆单元的材料属性；4)建立壳单元与实体单元的接触属性并提交计算即可。

本发明的优点是：1)原理简单、实施方便，可在所有商业软件上实现。2)使杆单元与其它类型单元接触计算变为可能，具有普遍适用的特点。

以下结合实施例附图对本申请做进一步详细描述。

附图说明

图1是已知有限元模型图。

图2是第一轮有限元计算模型图。

图3是最终计算有限元模型计算应力云图。

图中编号说明：1边界条件、2杆单元、3实体单元、4壳单元。

具体实施方式

为使本发明实时的目的、技术方案和优点更加清楚，下面给出示例对本发明实施中的技术细节进行详细描述。在附图中，线单元为杆单元，面积为80mm；实体块状六面体单元为实体单元。所描述的示例是本发明中杆单元与体单元接触的实例，而不是全部单元类型接触的实例，根据本示例很容易实现杆单元与杆单元、杆单元与壳单元等与其它单元类型的接触计算。下面通过参考附图描述的示例，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面结合附图对本发明的杆单元与体单元接触实例说明。

步骤1：在已知的有限元模型内，包括有限元模型计算的边界条件1，见图1，确定所有杆单元2均可能与实体单元3发生接触，所有杆单元2确定为处理区域；

步骤2：沿每个杆单元2的轴向分别在单元两侧建立宽度为1mm的壳单元4，壳单元4与对应的杆单元2共节点；

步骤3：将步骤2)所建立的壳单元4加载进已知的有限元模型，形成第一轮有限元模型，见图2；

步骤4：对第一轮有限元模型设定壳单元4的厚度为0.01mm，并赋予壳单元4对应杆单元2的材料属性，弹性模量为5000MPa，泊松比为0.3，形成第二轮有限元模型；