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1、飞行器设计工程实验报告圆柱壳体结构有限元分析ZY1315228 张晶1. 圆柱加筋壳体结构有限元分析介绍 圆柱加筋壳结构如图1所示，一端固定，表面有分布载荷。结构、材料特性、约束与载荷的具体形式将在后面给出。试用MSC.Patran/Nastran建立圆柱加筋壳的有限元模型并计算它的位移与应力。图 1 圆柱加筋壳结构2.模型描述2.1 结构1）壳圆柱壳半径为，长为。它由两部分组成，一部分是复合材料结构，从固定端到中部，长3m，厚6.2mm；另一部分是金属材料结构，从中部到自由端，长3m，厚2mm。2）加筋梁有纵向加筋与环向加筋，沿壳分布如图2所示，均为金属材料。图 2 圆柱壳上加筋梁分布纵向加
2、筋共八条沿周向对称分布如图3所示，截面形状为L型，具体尺寸与指向如图4所示。 图 3 周向对称分别L型梁 R=0.53m 图 4 L型梁截面尺寸 w=h=10mm t=3mm环向加筋共3条，分别位于壳的两端与中部，截面形状为矩形，具体尺寸如图5所示。图 5 矩形梁截面尺寸 w=h=10mm2.2 材料1）金属材料即copper，。2）复合材料面板(facesheet)：，。芯(core)：，。层合板：由面板和芯组成，具体铺层形式和方向如图6所示。其中每层面板厚0.3mm，芯厚5mm。图 6 复合材料铺层2.3 约束与载荷圆柱壳一端固定，如图7所示。图 7 固定端壳的内表面有分布载荷（Y轴如图3
3、所示）。3. 建模过程3.1几何模型的建立1.建立新的数据库，输入全局参数，最大尺寸为6米File/newNew database name: sylindrical shell structureOk n Based on modelApproximate maximun model Dimesion: 6.0 Analysis code: MSC.Nastran Analysis type: structure Ok 2.建立名为”shell”的一个新组Group/createNew group name: shelln Make current ApplyCancle 3.绘制一半径为0
4、.5m的圆，并通过面拉伸命令形成壳体n Geometry Action creat Object curve Method 2D CircleCircle radius 0.5 Construction plane list coord 0.3 Center point list 0 0 0Apply Action create Object surfaceMethod extrudeTanslation vector Curve list curve 1Apply 4.复制刚刚生成的圆柱壳体Action tranformObject surface Method translateSurfa
5、ce list surface 1Direction vector Vector magnitude 3 Repeat count 1 Apply 5.建立一个新的组取名为”circular_beam”Group/createNew group name: circular beamsn Make current ApplyCancle6.通过复制生成另外两个圆形梁曲线Action tranformObject circle Method translateCurve list curve 1 Direction vector Vector magnitude 3 Repeat count 2
6、 Apply7.纵向筋的绘制，建立一个名为” longitudinal beams”的新组Group/createNew group name: longitudinal beamsn Make current ApplyCancle8.沿长度方向创建一条直线Action creatObject curveMethod pointStarding point point 1Ending point point 3 Apply9.通过旋转的方法创建8条直线，旋转角度为45Action transformObject curve Method rotate Rotation angle 45 Re
7、peat count 7 Curve list curve 4 Apply图 31几何模型建立完成1.1 显示组”shell”，并设置为当前组Group/postSelect group to post: shellApplyCancle 3.2有限元网格划分 1.将组”shell”设置为当前组Group/postSelect group to post: shellApplyCancle 2.生成”mesh seed” n ElementsAction create Object mesh seedType uniform Number of elements: Number= 32 Cur
8、ve list curve 1 ApplyNumber of elements: Number= 30 Curve list surface 1.1 2.1 Apply 3. 选择”isomesh”，生成四边形单元Action creatObject meshType surfaceElem shape quadMesher IsoMeshTopology Quad4Surface list surface 1 2Apply4.显示组“longitudinal beams” 并且设置为当前组Group/postSelect group to post: longitudinal beamsAp
9、plyCancle 5.用curve的方式划分longitudinal beams的网格Action creatObject meshType curveTopology bar2curve list curve 4:11Apply 6.显示组“cicular beams” 并设置为当前组Group/postSelect group to post: circular beamsApplyCancle 7.用curve的方式划分circular beams的网格Action creatObject meshType curveTopology bar2curve list curve 1:3Apply 8.节点等效在面的边上重复创建了节点，因此需要将节点等效Action: equivalence Object: allType: tolerance cubeEquivalence tolerance: 0.004 Apply 图3-2 有限元网格划分完成3.3 材料属性添加3.3.1 复合材料的添加 1.facesheet和core材料添加n MaterialAction:
