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法蘭連接是風(fēng)力機(jī)上應(yīng)用較多的重要結(jié)構(gòu)，在很大程度上影響整個(gè)設(shè)備的運(yùn)行以及工作效率。法蘭連接結(jié)構(gòu)尺寸較大，為了得到較為準(zhǔn)確的有限元分析結(jié)果，網(wǎng)格數(shù)量也較大，其分析過(guò)程是典型的接觸非線性問(wèn)題。在載荷作用下接觸邊界條件在計(jì)算開(kāi)始前無(wú)法確定，兩接觸物體之間的有效接觸面積，壓力分布及接觸變形量等都隨載荷的施加過(guò)程而變化，且與接觸體剛度特性密切相關(guān)。計(jì)算法蘭連接在接觸狀態(tài)下的變形和應(yīng)力大小，對(duì)分析其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和可靠性具有重要意義。然而法蘭連接模型單元數(shù)量巨大，加之接觸問(wèn)題的非線性，常常導(dǎo)致計(jì)算不容易收斂，計(jì)算耗費(fèi)時(shí)間很長(zhǎng)。
為了能夠提高分析效率，可以運(yùn)用子模型法進(jìn)行分析求解，即在整體有限元分析結(jié)果的基礎(chǔ)上，針對(duì)特的結(jié)構(gòu)部位(如應(yīng)力較大或存在應(yīng)力集中的區(qū)域等)分解出結(jié)構(gòu)的局部模型，并進(jìn)行網(wǎng)格細(xì)化，然后調(diào)用全局模型的計(jì)算結(jié)果作為邊界條件進(jìn)行分析求解，這既減小了計(jì)算量，又能得到較為準(zhǔn)確的結(jié)果。
本研究采用強(qiáng)大的非線性處理功能來(lái)進(jìn)行分析，它不僅支持多種復(fù)雜的材料模型以及材料的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合，而且很容易模擬復(fù)雜的接觸邊界條件以及涉及多種加載歷程的問(wèn)題，運(yùn)用其中的高級(jí)功能，選擇合理的單元，通過(guò)接觸非線性分析，得到法蘭連接在預(yù)緊工況和工作工況下的接觸應(yīng)力隨接觸狀態(tài)的變化情況，闡明了子模型方法在大型及形狀復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的接觸問(wèn)題中的可行性。
在應(yīng)用有限元軟件進(jìn)行大型結(jié)構(gòu)件的整體分析計(jì)算時(shí)，許多結(jié)構(gòu)往往都采用簡(jiǎn)化的單元來(lái)建模計(jì)算，很多時(shí)候?qū)A角，倒角這樣的細(xì)節(jié)部分忽略，但往往這些細(xì)節(jié)部分是應(yīng)力最大的部位。為了能夠得到精確的分析結(jié)果，必須細(xì)化網(wǎng)格，這樣不僅使網(wǎng)格的數(shù)量增大，而且對(duì)計(jì)算機(jī)的要求也相應(yīng)提高，分析所用的時(shí)間也相應(yīng)增加。為了解決此問(wèn)題，可以采用子模型方法，只在關(guān)心的區(qū)域細(xì)化網(wǎng)格并對(duì)其進(jìn)行分析，從而能夠得到更加準(zhǔn)確的結(jié)果。
子模型由整體模型切割得到，而整體模型在切割邊界上的計(jì)算位移值即是子模型的邊界條件。所選取的切割邊界應(yīng)遠(yuǎn)離應(yīng)力集中區(qū)域，變形較大的區(qū)域，而且所切割的區(qū)域相對(duì)于所研究的區(qū)域不能太小，否則會(huì)影響計(jì)算的準(zhǔn)確子模型的特點(diǎn)在于：它減少甚至取了有限元實(shí)體模型中所需的傳遞區(qū)域，可以在小范圍就不同的問(wèn)題進(jìn)行分析，可以根據(jù)分析需要將所研究部分的網(wǎng)格劃分得足夠細(xì)，同時(shí)又不是太耗費(fèi)計(jì)算資源。基于以上特點(diǎn)，子模型分析方法非常適合大型及復(fù)雜零/部件細(xì)節(jié)分析。
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