线性静态、动力学与屈曲稳定性分析

2023-10-27 理论教育版权反馈

【摘要】：1.线性求解器SAMCEF Linear线性求解器属于通用的有限元分析软件包，其功能包括线性静态、线性动力学和屈曲稳定性分析，以及动力响应和随机响应分析。

1.线性求解器SAMCEF Linear

线性求解器属于通用的有限元分析软件包，其功能包括线性静态、线性动力学和屈曲稳定性分析，以及动力响应和随机响应分析。

●SAMCEF Asef：线性静态分析，允许各类接触条件和非线性效应建模，例如几何（预应力）或离心刚化（如几何刚化或旋转引起的动力刚化）。

●SAMCEF Dynam：模态动力学分析，包括超元法（包括超单元法）。

●SAMCEF Stabi：预测临界纵向弯曲载荷和相关模式（临界屈曲载荷和相关模态）。

●SAMCEF Repdyn：动力学的瞬态、谐波与地震响应。

●SAMCEF Spectral：基于功率谱密度的随机振动和疲劳分析的通用软件。典型的应用包括基础载荷的响应（包含地震）、发动机噪声载荷引起的声振响应和风致振动响应。

2.非线性求解器SAMCEF Mecano

非线性求解器是用于解决非线性结构及机构运动学问题的独特的综合软件，该软件可以提供下列专业领域的具体分析。

●MECANO Structure：专注于解决结构的非线性静态和动态分析问题。所有的单元都支持大位移和大转角；材料非线性（超弹性、弹塑性、粘弹性、粘弹塑性和用户自定义的复合材料等）和刚性-柔性、柔性-柔性2D和3D接触/摩擦边界条件。

●MECANO Cable：易承受电动力和气动弹力的电缆结构的非线性分析，具有MATLAB Simulink的SAMCEF Mecano接口，可使其更容易通过在有限元建模中集成数控功能来分析机电系统。

●MECANO Motion：专注于解决柔性装置的静态、运动学和动力学分析问题。Motion包含许多运动学的单元、传感器和激振器。控制系统同样被考虑在内。在机械系统的运动学和动力学仿真分析方面主要有两类分析软件。

●以柔性体为主要分析对象的有限元分析软件，具有代表性的软件有Nastran、ANSYS等知名的软件系统。

●以刚性体为主要分析对象的运动学仿真分析软件，具有代表性的软件有ADAMS等软件系统。

这些软件的共同特点是解决只有柔性体模型或只有刚性体模型的动力学或运动学问题，无法处理柔性体和刚性体混合模型的动力学或运动学问题。例如，如果使用ADAMS软件仿真含有柔性体的结构运动，需要先使用Nastran软件计算柔性信息，并提供一个结果文件传递给ADAMS进行仿真。这个过程非常烦琐，用户需要掌握ADAMS和Nastran，对用户来说很不方便，因为如果只有单独一个软件就无法解决此类问题。如果使用SAMCEF Mecano，这个问题就迎刃而解了。SAMCEF Mecano可以直接处理柔性体和刚性体混合模型问题。SAMCEF Mecano的目标是解决机械系统的机构和结构的非线性分析，包括静态分析、运动分析和瞬态条件分析。

SAMCEF Mecano支持的单元类型如下。

（1）结构单元

3D单元包括杆（Rod）、梁（Beam）、壳（Shell）、膜（Membrane）、实体（Volume）；平面应变单元包括膜（Membrane）、实体（Volume）、壳（Shell）；轴对称单元包括壳（Shell）、膜（Membrane）、实体（Volume）；傅里叶多次谐波单元包括壳（Shell）、实体（Volume）。

（2）非线性运动单元(www.chuimin.cn)

刚体运动副：模拟刚性体的连接（见图2-7）。

图2-7 刚体运动副

柔体运动副：柱面铰、球面铰和棱柱铰用来定义滑动的铰接关系。缆索滑轮单元用来定义缆索和滑轮结构。

特殊单元：套衬单元、弹簧单元、超单元和用户自定义单元4种特殊单元。

传感器和作动器单元：分别为距离指示器单元、节点和平面距离单元、节点和曲面距离单元和体积指示器单元（见图2-8）。

图2-8 传感器和作动器单元

一个自由度单元包括弹簧阻尼单元、双向停止单元、自由度释放单元、自由度固定单元和弹性锁闭单元（见图2-9）。

图2-9 一个自由度单元

控制单元：与Matlib/Simulink联合可以进行考虑控制系统的有限元分析。

3.热分析求解器SAMCEF Thermal

热分析求解器包括非线性稳态和瞬态热分析求解器，功能包括考虑传导、对流、辐射等各种传热方式的热传导分析。其使用与SAMCEF Mecano一样的软件基本设置，SAMCEF Thermal也可与MATLAB Simulink相接合，并且事实上支持热控应用。

4.显式算法非线性求解器EUROPLEXUS

它是通用的显式算法有限元分析软件，适合流体-结构系统在高速瞬态载荷作用下的非线性动力分析。EUROPLEXUS能处理大位移/转角和大应变，模型可以是1D、2D或3D。它可以进行爆炸分析，研究发射对结构的冲击，管道-流体瞬态动力分析，复杂流体-结构系统在意外情况下的安全性评估。

5.专业的流程自动化软件开发平台CAESAM

它提供一个人机交互的图形用户界面，将商业软件（如Nastran、Fluent、CATIA、Excel、ABAQUS和SAMCEF等）和用户专用程序整合在一起，模拟和复现实际工程中人工的设计和分析流程，并通过集成的软件系统实现用户设计流程固化和自动化，从而缩短产品设计周期，提高研发效率。在结构分析方面，AIRBUS主要是选取CAESAM来推行跨国结构分析环境ISAMI。ISAMI是一个用于满足结构分析挑战的跨国界协调解决方案。它是由一系列用于协调校准的工具构成的，这些工具由AIRBUS专门的方法团队进行开发和筛选，然后将其嵌入到CAESAM平台中。ISAMI的目的是将AIRBUS飞机结构分析过程中包含的计算过程、方法、软件工具和数据完整地整合和嵌入到一个CAE框架中，被AIRBUS首先用于A350XWB的复合材料及金属结构的校核中。

线性静态、动力学与屈曲稳定性分析

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