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  护栏打桩机桩架有限元建模

  护栏打桩机桩架体积庞大、结构复杂,为了合理而高效地建立结构的有限元模型,护栏打桩机需要对有限元建模过程进行深入的研究。本章根据护栏打桩机桩架三维 CAD 模型,研究有效的有限元建模方法,从几何模型的简化、单元的选择、连接的处理及网格质量等方面进行深入探讨,建立护栏打桩机桩架的整体有限元模型。

护栏打桩机桩架有限元建模


  3.1 有限元方法基本理论

  有限元方法的“先分后合”或“化整为零又积零为整”的基本思想[29]具体地可归纳如下:

  首先,将结构的连续体划分成有限个单元,护栏打桩机每个单元之间通过指定的节点连在一起。用在单元的各个节点上的数值未知场变量函数和与其对应的插值函数来表达单元的各种物理量(如单元的位移、应力等)。相邻单元在共用的节点处,场变量函数的数值相同。利用这个条件,建立单元节点的平衡方程组,并将所有单元对应的单元节点平衡方程组合形成整个结构的整体代数方程组。最后,通过引入与结构原问题等效的载荷和约束条件,应用数值计算方法求解,得到所需的计算结果。


护栏打桩机桩架有限元建模


  3.1.1 有限元法分析过程

  通常有限元计算分析步骤可归纳如下[30-33]:

  (1)结构的离散。

  结构的离散又称为结构的网格划分,护栏打桩机就是将工程结构划分成由各种单元以一定的方式连接组成集合体的过程。这个过程中单元的选择、网格划分的质量、网格划分的疏密对计算求解有较大的影响,因此需要投入较多的时间和精力建立合理和高质量的单元。


护栏打桩机桩架有限元建模


  (2)选择位移模式。

  在有限元法中,护栏打桩机通常选择单元节点位移作为基本的未知量,使单元中其他的一些物理量如位移、应变和应力等由节点位移来表示。在分析连续体问题时,假定单元中的位移分布用一些逼近原函数的近似函数来进行描述。将位移表示成坐标变量的函数,这种函数称为位移模式或位移函数,一般选择多项式作为位移模式,这样就能够导出以节点位移表示的单元内任意一点位移的关系式,其矩阵形式是:

  



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