Ansys梁單元與實體單元連接

2017-02-28 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

雖說現(xiàn)在workbench憑借其各方面優(yōu)勢受到了大多初次接觸ansys用戶的青睞,但是有時候回到經(jīng)典界面深入了解下一些設(shè)置背后的方法和原理時,或許會對workbench有更加深入的了解。出于此意,因此后面一段時間我會就一些簡單的問題在經(jīng)典界面進行說明與比較,希望對在這些方面有疑惑的朋友有所幫助。

本篇主要說的是如何在ansys中實現(xiàn)梁單元與實體單元的連接,作為在公眾號這個平臺寫的第一篇文章,雖然網(wǎng)上也可以找到很多介紹這一方面的文章,但是還是那句話:值得回味。居然回味了,就一定要在自己以前的理解上產(chǎn)生新的認識。

問題的提出

下面是一個簡易的分析模型,所做的處理僅僅是將梁單元(beam188)與實體單元(solid185)的重合節(jié)點進行自由度耦合

點擊solve后出現(xiàn)以下錯誤:

意譯過來是:模型約束不足(例如節(jié)點2687的x方向旋轉(zhuǎn)自由度)

通過搜尋,很容易找到2687正好是梁上的一個節(jié)點。那么已經(jīng)將梁單元節(jié)點和實體單元節(jié)點的自由度都耦合上了,為什么不能計算呢?

問題的回答

解決該問題需要知道兩點:①梁單元的每個節(jié)點有六個自由度(不考慮翹曲自由度),而實體單元的節(jié)點僅有三個自由度②自由度耦合依據(jù)就低原則。

這兩點就說明梁節(jié)點與實體單元節(jié)點進行耦合時,以實體單元的自由度為標(biāo)準(zhǔn)進行耦合,因此梁單元的三個轉(zhuǎn)動并未受到約束(就算是直接使用實體單元的節(jié)點進行梁單元建模,同樣和耦合自由度一樣就低原則)。那么我們就可以說兩者相連只能傳遞三個方向的位移自由度。

當(dāng)然有人可能會疑惑,自己并沒有在轉(zhuǎn)動方向上施加力,因此也不會導(dǎo)致轉(zhuǎn)動方向位移的問題?為什么實體單元只有三個自由度而不是六個?這些問題如果讀者有興趣的話可以發(fā)表意見。

解決方案

針對上述問題,ansys自然也有相應(yīng)的解決對策。主要有十字梁法,剛性區(qū)法,自由度耦合以及mpc方法。不過今天主要就對mpc法進行說明,該方法相比其他方法來說主要有三大優(yōu)勢①操作方便,利用接觸向?qū)Э焖偻瓿散诓灰蠊?jié)點連續(xù)性③適用于大部分單元的連接問題,適用性更廣。

mpc算法簡介

Mpc(Multi-Point Constraint)也即多點約束算法,他通過內(nèi)部生成的約束方程在接觸面上保證協(xié)調(diào)。該方法可以用于實體,殼體和梁單元之間和本身的連接,并且可以在大變形下使用,但是僅適用于綁定接觸與無分離接觸。

軟件實現(xiàn)

官方給出的梁與實體的裝配是將梁的端點作為控制節(jié)點來控制實體單元的面節(jié)點。但是實際上這種方法并不會比直接建立剛性區(qū)方便到哪去,并且控制節(jié)點選擇不好的話可能會擴大受力區(qū)域,因此這里我推薦一種更為便捷的方法,而且具有一定的精度。該方法類似于殼與實體的裝配,這里只是將梁作為接觸面,實體面作為目標(biāo)面進行mpc裝配,具體流程如下: