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三角形板壳单元研究及其在车身结构设计制造中的应用
| 论文题名： | 三角形板壳单元研究及其在车身结构设计制造中的应用 |
| 关键词： | 三角形板壳单元;车身结构;数值方法;线性插值 |
| 摘要： | 板壳结构在汽车工程中有着广泛的应用，对汽车白车身而言，其90％以上的结构件均由板和壳组成。板壳单元的精度和效率直接影响着车身的强度、刚度、模态、冲压成形等仿真分析的精度和效率。鉴于三角形网格生成成本低且能准确逼近复杂几何形面，因此其具有巨大的工程应用价值。工程中常用的传统离散剪切间隙方法（DSG3）减弱了剪切自锁现象，但其计算结果受到单元节点编号顺序的影响。本文针对传统离散剪切间隙方法的缺陷，构造出了一种基于中心点插值的高精度无自锁新型三角形Reissner-Mindlin板壳单元。具体工作为： （1）利用 DSG3方法，构建了中心点离散剪切间隙板单元（CP-DSG3）。基于 Reissner-Mindlin中厚板理论，以三角形单元的中心点为参考点离散剪切间隙，构造出了一种新型中厚板单元数值模型，其有效地解决了传统 DSG3的缺陷。此外，CP-DSG3板单元计算流程简单，没有增加任何内部变量和自由度，提高精度的同时兼有较高的效率。基于 Matlab语言编制了 CP-DSG3板元相关源程序代码，通过板的标准算例，检验了CP-DSG3板元的性能。 （2）构建了中心点离散剪切间隙壳单元。基于壳体问题基本方程、坐标变换等，构造了中心点离散剪切间隙壳单元，其有效克服了传统离散剪切间隙方法在壳体中的数值缺陷。基于 FORTRAN语言编制了 CP-DSG3壳元线性有限元分析程序代码，将CP-DSG3壳元用于求解壳体线性问题、白车身静刚度及模态问题，并将计算结果与DSG3结果、专业有限元软件结果进行对比。 （3）将构造的CP-DSG3壳元用于薄板成形数值模拟。首先将构造的CP-DSG3壳元用于求解壳的显式动态问题，给出了相关屈服准则、弹塑性更新算法、节点内外力计算方式等。在此基础上，将 CP-DSG3壳单元用于求解包含材料、几何和边界三大非线性的薄板冲压成形问题，并将计算结果与实验结果进行对比。结果表明本文所构造的 CP-DSG3壳元能够有效处理板料冲压成形问题，在工程中有较好的实用价值。 |
| 作者： | 梁振民 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 崔向阳;毛伟杰 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 湖南大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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