段新峰 龚纯 李忠华

摘要：

为节省复杂薄壁结构模型分析的前处理时间，探究体单元在其模态分析中的可行性，以典型的四边固支矩形薄板为对象，详细讨论Abaqus中单元类型、积分算法和壁厚方向的网格层数对模态仿真结果的影响。分析结果表明：采用体单元进行薄壁结构模态分析时，为保证计算精度和计算效率，应选用二次体单元C3D10或C3D20R划分网格，且模型可以采用相对较粗的网格进行划分，壁厚方向仅需1层网格。冰箱底板体单元模态仿真试验对标良好也充分验证这一结论。

关键词：

薄壁结构； 模态； 壳单元； 体单元； 积分算法

中图分类号： TB123； TB115.1

文献标志码： B

Modal simulation method of complex thinwall structure

DUAN Xinfeng， GONG Chun， LI Zhonghua

（Midea Corporate Research Center， Foshan 528311， Guangdong， China）

Abstract：

In order to save the preprocessing time of thinwall structure model analysis and investigate the feasibility of the body element in its modal analysis， a full clamped rectangular thin plate is selected to detailedly discuss the influence of element type， integration algorithm and number of mesh layer through thickness on its modal results. The analysis results show that the second order body element C3D10 or C3D20R should be used to analyze the thinwall structure modal to ensure the precision and efficiency. The element size could be set relatively coarse and only one layer mesh through thickness. This conclusion is fully verified by the good agreement of modal simulation with test results of a refrigerator bottom panel.

Key words：

thinwall structure； modal； shell element； body element； integration algorithm

0 引 言

家電产品广泛采用各种薄壁结构。这些薄壁结构的模态一般都比较密集，容易被激振而产生振动噪声、疲劳等问题。[16]因此，在产品设计阶段需要对这些薄壁结构方案进行模态分析和优化，以确保其固有频率远离激励频率。[7]根据有限元分析理论，这类薄壁件适合采用壳单元进行模拟分析[8]，但是当薄壁结构形状复杂时，比如带有大量加强筋的钣金件或者注塑件，往往需要花费较多的时间进行中面的抽取和修补工作。不等壁厚的薄壁结构使用壳单元模拟更繁琐。直接采用体单元模拟薄壁结构可以省去很多前期模型处理工作量和时间，但一般认为在薄壁件厚度方向至少需要划分3～4层网格[910]，这使得整体单元尺寸变小、模型网格数量剧增、计算量大幅增加、求解时间大幅延长。……