基于有限元法的转子动力学建模---Timoshenko梁单元有限元建模

Timoshenko 梁理论

常用的梁单元理论有两种:一种是欧拉梁,一种是Timoshenko梁

  • 欧拉梁,在弯曲变形时,截面与轴线保持垂直。
  • Timoshenko梁,则考虑了剪切变形。

对于有限单元法,两者的主要区别在于Timoshenko梁单元的刚度矩阵由两部分组成:弯曲刚度矩阵剪切刚度矩阵,详情可参考《Matlab有限元结构动力学分析与工程应用-徐斌》梁单元的介绍。

对应ansys中的单元:早起版本中有对应欧拉梁的单元,但是现在版本的ansys只保留了Timoshenko梁理论的单元,beam188,beam189。

  案例参数:
    No_node=40; E=2.1E11, u=0.3, g=7850, r=0.05, L=1

Matlab仿真步骤:

  1. 建立单元刚度、质量矩阵(大量文献中已经有推导结果,可直接用);
  2. 根据结构特性,将单元矩阵组装为系统的结构矩阵;
  3. 根据系统的单元数(节点数),在需要加载的节点(注意区分方向),添加约束条件;(本例为简支梁)
  4. 如步骤三类似方式,添加载荷;
  5. 静力变形,可由 {disp} =[kk]\{F} 求解得到。

Ansys仿真过程略(简单的静力分析)

基于有限元法的转子动力学建模---Timoshenko梁单元有限元建模