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结构分析中的许多问题可以使用线性有限元求解器求解。线性假定来源于解决方案的数学模型。如果不考虑变形中的高阶项并且假定材料行为为线性时,分析问题可以极大的简化。如果使用线性假定来解决问题,则需要注意以下事项。
确定分析获得的或预测的结构变形相对结构尺寸较小。对于薄壁件,变形小于结构的厚度才能作为小变形。两个支承间的变形应只占支承间距很小一部分。这一点特别重要,特别是因变形引起的刚度变化,如夹紧板的中面拉伸。
在线性求解器中,所有的转动均假定为小转动。任何小的角度都应足够小以保证其正切值近似等于角度值。根据这一假定,10°的转动将在所有相关的计算结果中引入约1%的误差,30°的转角将引入约10%的误差。
线性求解器假定所有材料处于线弹性的工作区域。有些材料具有非线弹性行为,尽管这些特性不一定发生,但还是会引起结构的非线性行为,因而需要非线性求解器来处理。如果结构的加载超出了其材料的屈服点,则需要进行非线性分析。看一下图中材料行为的对比。
使用线性有限元求解器时,应保证边界条件与载荷加载的独立性。下图描述了一种错误的边界条件建立方式一个零件放置于弹性基础上,可能在载荷作用下出现物理分离,产生了间隙。该间隙取决于载荷的施加,因而表现出一种非线性行为。
下图描述了非线性行为的另一来源一一非线性接触。两个零件通过几个点连接并承受载荷。实际中,两个零件会发生接触,零件中的受力路径也因此发生显著改变。在线性有限元分析中,可能存在零件穿透的趋势。这是个非线性载荷,线性求解器将无法处理。
穿透问题可通过在零件间加入垂直于接触面约束的方式近似处理。必须注意,不能加入太多的约束,因为相接触的零件还可能分离。同时,这里约束的定位也是工况相关的。
1. 相对于结构尺寸,变形应很小
2. 旋转应小于10°~15°
3. 应使用线弹性材料4.边界条件应该保持一致。
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