竹材曲面受压过程的有限元分析

【摘要】：竹材作为一种优良的天然复合材料,日益受到人们的重视,根据其物理机械性能和结构特点,本文提出了竹材曲面胶合的新思路,并对曲面胶合工艺的基础性理论进行了研究。采用有限元理论与计算机技术相结合的方法研究了竹材受压后的弹塑性变形,在推导出小变形的基本有限元法基础上,引入有限元分析软件 ANSYS 对竹材曲面受压过程进行仿真求解,同时为了验证虚拟试验的结果,运用测试技术对竹材压制过程进行了研究,研究结果表明: (1)ANSYS 软件提供的虚拟试验平台是可行的, ANSYS 软件的相当丰富的单元库,提供了多种形式的杆、梁、板、壳、实体的线弹性、弹塑性单元,根据竹材的机械物理性能及压制试验条件,采用二次单元 Solid Quad 8nod 82,完全满足了试验要求; (2)通过电测技术验证,虚拟试验结果是可以接受的,ANSYS 在解决工程问题方面,已有足够的覆盖面,并采用了多种解算方法,已能很好地解决竹材的弹塑性的问题,大变形及大应变分析等诸方面的问题。 (3)ANSYS 软件提供了更科学的试验和分析手段,在前处理方面,可以对试件按试验要求进行网格剖分、确定其边界条件及载荷的施加方式。在后处理方面可以对结果进行等值线、彩色云图及曲线的输出,还可以对计算结果进行任意组合,输出用户要求的各种数据,如指定区域的应力变化规律等。 作为首次在木基复合材料产品设计中引入有限元法进行分析,虚拟试验获得了理想的试验结果,将竹材受压变形过程的各个物理量的变化规律清楚直观地表现出来,取得常规试验难以达到的效果,为下一步的单片变厚度竹材压制试验、双片变厚度竹材胶合试验直至竹材曲面胶合产品的最终研制打下了坚实的基础。