Ansys梁?jiǎn)卧c實(shí)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(shì)受到了大多初次接觸ansys用戶的青睞,但是有時(shí)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(shí),或許會(huì)對(duì)workbench有更加深入的了解。出于此意,因此后面一段時(shí)間我會(huì)就一些簡(jiǎn)單的問題在經(jīng)典界面進(jìn)行說明與比較,希望對(duì)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(shí)現(xiàn)梁?jiǎn)卧c實(shí)體單元的連接,作為在公眾號(hào)這個(gè)平臺(tái)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(rèn)識(shí)。

問題的提出

下面是一個(gè)簡(jiǎn)易的分析模型,所做的處理僅僅是將梁?jiǎn)卧?beam188)與實(shí)體單元(solid185)的重合節(jié)點(diǎn)進(jìn)行自由度耦合

點(diǎn)擊solve后出現(xiàn)以下錯(cuò)誤:

意譯過來是:模型約束不足(例如節(jié)點(diǎn)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(gè)節(jié)點(diǎn)。那么已經(jīng)將梁?jiǎn)卧?jié)點(diǎn)和實(shí)體單元節(jié)點(diǎn)的自由度都耦合上了,為什么不能計(jì)算呢?

問題的回答

解決該問題需要知道兩點(diǎn):①梁?jiǎn)卧拿總€(gè)節(jié)點(diǎn)有六個(gè)自由度(不考慮翹曲自由度),而實(shí)體單元的節(jié)點(diǎn)僅有三個(gè)自由度②自由度耦合依據(jù)就低原則。

這兩點(diǎn)就說明梁節(jié)點(diǎn)與實(shí)體單元節(jié)點(diǎn)進(jìn)行耦合時(shí),以實(shí)體單元的自由度為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行耦合,因此梁?jiǎn)卧娜齻€(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)并未受到約束(就算是直接使用實(shí)體單元的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行梁?jiǎn)卧?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(gè)方向的位移自由度。

當(dāng)然有人可能會(huì)疑惑,自己并沒有在轉(zhuǎn)動(dòng)方向上施加力,因此也不會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)動(dòng)方向位移的問題?為什么實(shí)體單元只有三個(gè)自由度而不是六個(gè)?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(duì)上述問題,ansys自然也有相應(yīng)的解決對(duì)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(duì)mpc法進(jìn)行說明,該方法相比其他方法來說主要有三大優(yōu)勢(shì)①操作方便,利用接觸向?qū)Э焖偻瓿散诓灰蠊?jié)點(diǎn)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(jiǎn)介

Mpc(Multi-Point Constraint)也即多點(diǎn)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(shí)體,殼體和梁?jiǎn)卧g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(shí)現(xiàn)

官方給出的梁與實(shí)體的裝配是將梁的端點(diǎn)作為控制節(jié)點(diǎn)來控制實(shí)體單元的面節(jié)點(diǎn)。但是實(shí)際上這種方法并不會(huì)比直接建立剛性區(qū)方便到哪去,并且控制節(jié)點(diǎn)選擇不好的話可能會(huì)擴(kuò)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(shí)體的裝配,這里只是將梁作為接觸面,實(shí)體面作為目標(biāo)面進(jìn)行mpc裝配,具體流程如下: