T-CCIASD 10005-2023 集裝箱結(jié)構(gòu)有限元分析指南

Guideforfiniteelementanalysisofcontainerstru2023-02-21發(fā)布中國(guó)集裝箱行業(yè)協(xié)會(huì)發(fā)布I 1 1 1 2 2 2 2 3 3 4 4 4 4 5 5 6 6 7 7 本文件按照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》請(qǐng)注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識(shí)別專利的責(zé)任。本文件由中國(guó)集裝箱行業(yè)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)管理委員會(huì)提出本文件主要起草人：沈彥杰、許小敏、陸宏、陳健昭、黃紅1集裝箱結(jié)構(gòu)有限元分析指南則、結(jié)果評(píng)估、模型修正、結(jié)果輸出、數(shù)據(jù)處理、報(bào)GB/T31054機(jī)械產(chǎn)品計(jì)算機(jī)輔助工程有限元數(shù)值計(jì)GB/T33582機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)有限元力學(xué)分GB/T31054和GB/T33582界定的以及下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。為了便于使有限元建模finiteelementm24概述4.1有限元分析目的a)在概念設(shè)計(jì)階段，支持集裝箱結(jié)構(gòu)空間布局、零件b)在詳細(xì)設(shè)計(jì)階段，評(píng)估集裝箱結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定工況下的強(qiáng)度、剛度；d)在施工部署階段，評(píng)估施工工藝對(duì)集裝箱結(jié)構(gòu)影響，支持工藝優(yōu)化和工裝設(shè)計(jì)；f)極限分析，計(jì)算給定集裝箱結(jié)構(gòu)在特定場(chǎng)景g)失效診斷，對(duì)實(shí)際使用中發(fā)生結(jié)構(gòu)失效的集裝箱進(jìn)行診斷，分析失效原因。4.2有限元分析類型4.2.1按力學(xué)類型分a)靜力學(xué)分析，包含線性靜力學(xué)和b)動(dòng)力學(xué)分析，包含線性動(dòng)力學(xué)和非線性動(dòng)力學(xué)分析。4.2.2按結(jié)構(gòu)層級(jí)分3開(kāi)始有限元分析工作前宜梳理、歸集所需的基礎(chǔ)信息并建立分析檔案1)任務(wù)要求完成時(shí)間，其決定了采用的分析方法；2)分析報(bào)告形式，用于內(nèi)部設(shè)計(jì)評(píng)審宜采用簡(jiǎn)單報(bào)告，用于外發(fā)客戶或第三方審查宜采用3)分析報(bào)告語(yǔ)言，宜根據(jù)報(bào)告閱讀人員實(shí)際需求，采用中文或外文。b)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)剛度、強(qiáng)度相關(guān)要求；2)如采用CAD軟件建立圖紙?jiān)儆萌S建模軟件建立數(shù)模，宜先校對(duì)三維數(shù)模與圖紙的一致2)對(duì)于設(shè)備箱等載重分布明顯不連續(xù)的集裝箱，補(bǔ)充采集箱內(nèi)載重具體分布。2)金屬材料的彈性模量、泊松比、屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、延伸率等參數(shù)；3)非金屬材料一般作為各向同性材料簡(jiǎn)化處理，列出密度、等效彈性模量、等效泊松比；4)非金屬材料如要精確處理的，宜根據(jù)其材料本構(gòu)，通過(guò)查詢材料手冊(cè)或進(jìn)行材料試驗(yàn)來(lái)f)滿焊以外的間斷焊、塞焊、鉸接、螺栓、螺釘、鉚釘、卡扣等特殊連接清單；g)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的測(cè)試工況，以及根據(jù)特殊使用需求定義的非標(biāo)測(cè)試工況。4d)產(chǎn)品歷史測(cè)試記錄，搜集產(chǎn)品以前的相關(guān)測(cè)試數(shù)據(jù)，如樣箱試驗(yàn)數(shù)據(jù)等。1)判斷測(cè)試大綱中的工況需要采用靜力線性還是非線性分析；2)大平板受面壓，其法向剛度隨變形加大而增加，宜打開(kāi)幾何非線性開(kāi)關(guān)；3)梁在軸心受壓，彎曲變形較大時(shí)要考慮失穩(wěn)，宜打開(kāi)幾何非線性開(kāi)關(guān)；4)考察零部件塑性變形時(shí)，宜采用非線性材料本構(gòu)；5)零部件之間變形后互相接觸和分離，宜采用狀態(tài)非線性分析。有限元模型單位制宜統(tǒng)一且簡(jiǎn)潔，可采用國(guó)際單位制（SI見(jiàn)附錄A.1）。但對(duì)集裝箱的結(jié)構(gòu)有），5推薦將直角坐標(biāo)系的X軸對(duì)應(yīng)箱體縱向，Y軸對(duì)應(yīng)箱體垂向，Z軸對(duì)應(yīng)箱體橫向。箱體縱向與底架側(cè)梁長(zhǎng)度方向一致，箱體橫向與底架橫梁長(zhǎng)度方向一致，箱體垂向與箱體高度方向一致。后端，與之相對(duì)的一端為前端；站在后端面朝前端，左手一側(cè)為箱體左側(cè)，右手一側(cè)為箱體推薦坐標(biāo)軸正方向?yàn)椋篨軸正方向由箱體前端指向后端，Y軸正方向由箱底指向箱頂，Z軸正方向劃分的長(zhǎng)度。推薦采用均勻的單元長(zhǎng)度來(lái)進(jìn)行集裝箱結(jié)構(gòu)有限元分析，全局單元長(zhǎng)度一般為采用合適的單元長(zhǎng)度，能平衡計(jì)算精度與求解效率，也能過(guò)濾有a)薄壁型零件，如墻板、管材、鈑金件等，宜采用一b)塊體型零件，如角件、鎖頭、鎖座、鉸鏈等，宜采用一階實(shí)體單元模擬；6a)前墻板、側(cè)板、頂板、地板、門(mén)板、叉槽底板等板件采用一梁、門(mén)豎梁、鎖桿等薄壁梁采用一階薄殼單d)如要考察木地板與底橫梁鎖釘區(qū)域的局部應(yīng)力分布，則推薦采用一階實(shí)體單元模擬木地板。對(duì)三維數(shù)模中的幾何進(jìn)行必要的簡(jiǎn)化處理可減少一定的計(jì)算量，幾何簡(jiǎn)化有下列注意點(diǎn)：a)幾何簡(jiǎn)化不宜對(duì)有限元分析b)對(duì)應(yīng)力集中區(qū)域或者應(yīng)力梯度變化劇烈區(qū)域，宜忠于原模型，不宜進(jìn)行幾何簡(jiǎn)化；e)幾何簡(jiǎn)化后，質(zhì)心坐標(biāo)及質(zhì)量與原三維數(shù)模相比，誤差沿零件厚度方向，向零件厚度中心偏置一半的這會(huì)顯著提高有限元模型處理階段零部件之間的連d)在零件中面抽取完畢后，刪除原零件的所有幾何面，避免對(duì)后續(xù)有限元模型處理形成干擾；b)零件名稱，可參考三維數(shù)模中零件的命名，用于零件的識(shí)別；d)零件截面信息，如殼單元的厚度、梁?jiǎn)卧慕孛嫘螤钆c尺寸、桿單元的截面積等；7c)三級(jí)結(jié)構(gòu)，包括與二級(jí)結(jié)構(gòu)連接e)五級(jí)結(jié)構(gòu)，包括門(mén)、窗等開(kāi)閉件；百葉窗，排風(fēng)口f)六級(jí)結(jié)構(gòu)，包括鉸鏈、銷、鎖頭、鎖座等運(yùn)動(dòng)副有關(guān)的連接件。厚度為兩個(gè)零件厚度之和的一半，窄面材料屬性跟隨兩個(gè)零件中材料強(qiáng)度較弱一方（見(jiàn)附錄）；）；8殼-殼搭接焊可參考方法：通過(guò)一個(gè)零件向另一個(gè)零件構(gòu)建垂直投影面，并在投影后的交界處共享料屬性跟隨兩個(gè)零件中材料強(qiáng)度較弱一方（見(jiàn)1)將塞焊孔簡(jiǎn)化為方孔，方孔邊長(zhǎng)等于塞焊孔直徑；4)將零件塞焊孔處填充，填充的面其厚度、材料屬性與塞焊孔所在零件厚度一致。對(duì)于由開(kāi)口型材通過(guò)間斷焊拼接而成的型腔式組合梁，其殼-殼焊接可采用如下方法：a)若拼接接頭為對(duì)接焊，可在間斷焊焊縫處參考上述殼-殼對(duì)接b)若拼接接頭為角焊，可在間斷焊焊縫處參考上述殼-殼角焊方法進(jìn)行連接；c)若拼接接頭為搭接焊，可在間斷焊焊縫處參考上述殼-殼搭接焊方法進(jìn)行連接，如果組合梁彎a)兩個(gè)零件完全滲透焊接的，在結(jié)合面采用共享面形式連接，即兩個(gè)零件在共b)兩個(gè)零件不完全滲透焊接的，在焊縫處以共享邊形式連接，即兩個(gè)零件在共享邊上共節(jié)點(diǎn)；b)若直接采用共享邊形式進(jìn)行殼-實(shí)體焊接，某些情況下會(huì)導(dǎo)致兩個(gè)零件在焊接接頭處無(wú)法傳遞9b)補(bǔ)充焊縫法，先在殼-實(shí)體焊縫處共享幾何邊，再?gòu)臍んw上靠近共享幾何邊處引出一個(gè)窄面與c)穿透法，將殼延伸并穿入實(shí)體內(nèi)一小段距離，在殼-實(shí)體相交處共享幾何邊，控制實(shí)體在生成折疊箱端墻與底架，鋼卷箱活動(dòng)V形支撐與底架等，鉸接的本質(zhì)是通過(guò)孔、軸配合，形1)建立轉(zhuǎn)動(dòng)副上的全部零件有限元模型，如銷軸、帶孔鉸鏈板等；），3)在軸的兩端建立多點(diǎn)約束形成的剛性區(qū)域參考上步；4)采用約束方程，耦合軸、孔端部對(duì)應(yīng)空質(zhì)量點(diǎn)的三個(gè)平動(dòng)自由度（見(jiàn)附錄C.1）。應(yīng)力，優(yōu)點(diǎn)是屬于線性計(jì)算，對(duì)有限元模型規(guī)模大小不敏感，也不存在收斂性問(wèn)題。接、電氣柜與電氣箱箱體的連接、檢修口蓋板與箱體的連接、臨時(shí)支撐與箱體的連接等。a)接觸單元法，適用于被連接零件為實(shí)體模型情況，3)在被連接的兩個(gè)零件接觸面上建立接觸單元，接觸主面與接觸從面的選擇沒(méi)有特殊要求。b)梁?jiǎn)卧?，適用于被連接零件為殼體模型，可采用如下步驟：3)如考慮螺栓預(yù)緊力，通過(guò)對(duì)梁?jiǎn)卧┘宇A(yù)緊力實(shí)現(xiàn)（見(jiàn)附錄C.2）。c)剛性區(qū)域法，對(duì)實(shí)體模型和殼體模型均適用，無(wú)需建立螺栓模型，可采1)在被連接零件形成的螺栓孔道中心建立一個(gè)節(jié)點(diǎn)；d)焊接法，對(duì)實(shí)體模型和殼體模型均適用，無(wú)需建立螺栓模型，可采用如下步驟：1)被連接零件為實(shí)體模型，采用孔邊緣共享幾何邊界的方法進(jìn)行局部焊接；2)被連接零件為殼體模型，在不同零件的孔之間建立圓柱形焊縫。如果關(guān)心被連接件在螺栓連接區(qū)域相對(duì)準(zhǔn)確的變形與應(yīng)力，推薦方法a)與方法b)。其中方法a有限元模型網(wǎng)格劃分的尺寸也即單元的尺寸，全局網(wǎng)格尺寸的選擇參d)面網(wǎng)格盡量以四邊形為主，三角形面網(wǎng)格不超過(guò)有限元模型面網(wǎng)格總量的1%；e)對(duì)于關(guān)注零件的體網(wǎng)格，盡量劃分為六面體；其它零件體網(wǎng)格，劃分f)粗細(xì)網(wǎng)格之間有足夠數(shù)量的單元進(jìn)行過(guò)渡，避免相鄰單元間存在過(guò)大的質(zhì)量差和剛度差；g)對(duì)于殼體上直徑較小的孔，沿著孔徑向劃分至少1層呈環(huán)形的全四邊形網(wǎng)格；有限元模型自重檢查能幫助發(fā)現(xiàn)一些零件配置的錯(cuò)誤，可采用如下a)通過(guò)前處理工具，測(cè)量有限元模型自重，與理論自重相比誤大誤差，推薦采用附加質(zhì)量單元在結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化區(qū)d)模態(tài)分析等計(jì)算對(duì)模型質(zhì)量及分布準(zhǔn)確性要求很高，需特別注意模型自重校核。b)檢查漏焊時(shí)重點(diǎn)查看自由邊，零件應(yīng)焊邊線上不出現(xiàn)自由邊；d)檢查焊縫合理性，一些區(qū)域操作空間過(guò)小，焊槍無(wú)法伸入，則不進(jìn)行焊接。檢查活動(dòng)連接是否準(zhǔn)確反映了實(shí)際連接情況，可采用如下構(gòu)應(yīng)力和變形是否連續(xù)，可將結(jié)構(gòu)變形放大以便于再次校驗(yàn)零件連9工況設(shè)置、求解及分析結(jié)果檢查9.1工況設(shè)置及求解9.1.1載荷b)梯度壓力，如儲(chǔ)液集裝箱內(nèi)腔液體壓力，集裝箱建筑表面風(fēng)壓，散貨箱散體介質(zhì)壓力等；c)體積力，通常由集裝箱沿著橫向、縱向和d)集中力，如栓固工況的底角件拉壓力、橫縱剛工況的頂角件拉壓力等；e)質(zhì)量點(diǎn)，通常是設(shè)備箱內(nèi)安裝的大質(zhì)量設(shè)備，9.1.2約束g)叉舉工況，考慮叉齒與叉槽為面接觸，在接觸面施加約束，并使箱體沿縱向呈簡(jiǎn)支狀態(tài)。9.2分析結(jié)果檢查完成分析后仔細(xì)判讀分析結(jié)果，確認(rèn)結(jié)果無(wú)異常后才可用于分析報(bào)告，檢查確認(rèn)分析結(jié)果無(wú)異常，則可編制分析報(bào)告，分析報(bào)告至少包含如下c)參考標(biāo)準(zhǔn)，列出分析參考的f)分析方法，通常為線彈性靜力分析，如果涉及非線性等特殊分析，要陳h)材料清單，列出有限元模型中采用的所有材料及其力學(xué)性能參數(shù)、密度等信息；i)結(jié)構(gòu)在各種工況下的變形、應(yīng)力等力學(xué)響應(yīng)數(shù)據(jù)及云圖，或力學(xué)響應(yīng)隨時(shí)間變化的視頻；j)結(jié)論及優(yōu)化建議，包括下列要點(diǎn)：4)如結(jié)構(gòu)不滿足強(qiáng)度、剛度要求，則提供結(jié)構(gòu)加強(qiáng)建議；5)如結(jié)構(gòu)滿足力學(xué)性能要求但存在較多設(shè)計(jì)冗余，則提供結(jié)構(gòu)輕量化建議。有限元分析數(shù)據(jù)宜進(jìn)行完整歸檔，需歸檔的數(shù)據(jù)類a)設(shè)計(jì)文件，包括圖紙、三維模型、材d)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，如分析后進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證，則將試驗(yàn)數(shù)據(jù)歸集、存檔。b)一級(jí)文件夾下建立三個(gè)子文件夾，分別為“設(shè)計(jì)輸入”、“有限元分析”、“試驗(yàn)數(shù)據(jù)”；c)“設(shè)計(jì)輸入”文件下建立兩個(gè)子文件夾，分別為“設(shè)計(jì)文件”、“背景資料”；d)“有限元分析”文件夾下不設(shè)置子文件夾，在有限元分析過(guò)程中需要頻繁讀寫(xiě)各不設(shè)置子文件夾能避免頻繁切換文件目錄帶來(lái)f)項(xiàng)目涉及多次設(shè)計(jì)迭代、多輪分