搜索ANSYS 中 MPC 的應(yīng)用 (1) (翻譯資料)
2017-03-02 by:CAE仿真在線 來源:互聯(lián)網(wǎng)
目 錄
1. 介紹
2.MPC用于SOLID-SOLID, SHELL-SHELL的連接
3.MPC用于SOLID-SHELL的連接
4. MPC用于SHELL-SHELL的連接
5. MPC用于SOLID-BEAM和SHELL-BEAM的連接
6. MPC用于FE模型與載荷點(diǎn)的連接
1.介紹:
(1)什么是MPC?
MPC的含義:多點(diǎn)約束,表達(dá)式可寫為:
(2)為什么需要MPC?
?連接不同的網(wǎng)格:
–如果幾何在拓?fù)渖鲜遣贿B接的,可以分別劃分網(wǎng)格,然后用MPC進(jìn)行連接各FE模型:
(3) 使用MPC 做什么?
a.連接不同的單元類型:
–如果在連接區(qū)域使用了不同的單元類型,由于節(jié)點(diǎn)自由度不同,連通性是不一致的。使用MPC可以使FE模型的連通性一致。
b.施加遠(yuǎn)處的載荷:
如果載荷點(diǎn)不在FE模型上,使用MPC可以實(shí)現(xiàn)載荷點(diǎn)與FE模型的連接:
a.結(jié)果可能依賴于接觸剛度:
–現(xiàn)有的bonded接觸算法使用了懲罰方法(penalty method),由于接觸剛度(引起病態(tài)條件)和穿透,可能會(huì)影響結(jié)果的精度。
?b. 即使對小變形問題也需要大量迭代才能達(dá)到滿意的平衡。
–即使是線性問題,通常也需要迭代。
?c. 在模態(tài)分析中,有時(shí)會(huì)出現(xiàn)虛假的自然頻率。
–這是因?yàn)槭褂昧私佑|剛度。
?d. 只處理平移自由度
–- 對于接觸面與目標(biāo)面的距離非零的情況;
–- 不能處理Shell與beam裝配的情況。
?e.只適于小應(yīng)變的情況
–因?yàn)楝F(xiàn)有的CE方法總是使用初始的節(jié)點(diǎn)定位;
?f.RBE3約束單元只支持低階單元
–
10節(jié)點(diǎn)四面體單元是最常使用的單元;
g. 在RBE3的主節(jié)點(diǎn)上,不允許施加位移約束。
(5) 新的MPC方法的優(yōu)點(diǎn)
?a.MPC方程由軟件內(nèi)部創(chuàng)建:
–不需要用戶手工定義MPC方程,用戶只需將連接視為“綁定”(bonded)接觸,ANSYS將自動(dòng)生成MPC。
?b.接觸表面的節(jié)點(diǎn)自由度將被自動(dòng)消除:
–這可以提高求解效率。
?c. 不需要輸入接觸剛度:
–不再需要通過多次嘗試來保證求解精度;
?d.對于小變形問題,它表現(xiàn)為“真線性接觸”特性:
–求解系統(tǒng)方程時(shí)不需要迭代;
e. 對于大變形問題,在每一步迭代時(shí)更新MPC方程。
f. 不僅可以約束平移自由度,而且可以約束轉(zhuǎn)動(dòng)自由度:
–可以改善求解精度,并使solid-shell, shell-shell, solid-beam及shell-beam之間的連接更合理。
?g.對于接觸對定義,也很容易生成內(nèi)部的MPC:
–對于了解如何定義接觸的用戶,也沒有什么新東西。
?h.與MSC/Nastran (RBE3型)不同
–- 自動(dòng)考慮形狀函數(shù),不需要權(quán)因子;
–- 不僅可以施加力,也可以施加位移約束。
2.將MPC連接用于SOLID-SOLID, SHELL-SHELL
過程:
1)將連接視為接觸面,使用命令或Contact Wizard來定義接觸面和目標(biāo)面:
2)設(shè)置接觸單元選項(xiàng)(keyoptions):
KEYOPT(2)=2激活MPC方法
KEYOPT(4)=2基于節(jié)點(diǎn)
KEYOPT(12)=5或6設(shè)置為“綁定(bonded)”接觸
3)執(zhí)行分析
4)
注意:
如接觸面和目標(biāo)面的網(wǎng)格相似,MPC方法給出與連續(xù)網(wǎng)格相同的結(jié)果。
如接觸面和目標(biāo)面的網(wǎng)格相差較大,MPC方法給出的界面處的應(yīng)力梯度將受到影響,網(wǎng)格越相近,結(jié)果越好。
以下是使用 MPC 時(shí),對不同情況的計(jì)算結(jié)果精度的測試:
a. 網(wǎng)格相似性
b. 網(wǎng)格一致性
c. 幾何穿透影響
d. 幾何間隙
e. 應(yīng)力集中的情況
f.MPC連接用于SOLID-SOLID-靜力分析
g.MPC連接用于SOLID-SOLID-模態(tài)分析
h.MPC連接用于SHELL-SHELL -靜力分析
h.MPC連接用于SHELL-SHELL - 模態(tài)分析
i. MPC連接用于SHELL-SHELL -邊界對邊界
3.將MPC連接用于SOLID-SHELL
b. 虛擬殼體 SHSD - KEYOPT(5) = 1
示例:
4.將MPC連接用于SHELL-SHELL
實(shí)體網(wǎng)格與殼體網(wǎng)格不需要對齊。
A. 過程:
1) 將連接處理為接觸,對實(shí)體使用Target170,對殼體使用Contact175。
2)設(shè)置接觸單元Contact175選項(xiàng)(keyoptions):
KEYOPT(2)=2激活MPC方法
KEYOPT(12)=5或6設(shè)置為綁定接觸
3)設(shè)置目標(biāo)單元Target170選項(xiàng):
KEYOPT(5)=0自動(dòng)約束類型探測(default)
KEYOPT(5)=1實(shí)體-實(shí)體約束(沒有旋轉(zhuǎn)自由度被約束)
KEYOPT(5)=2殼體-殼體約束(同時(shí)約束平移和旋轉(zhuǎn)自由度)
KEYOPT(5)=3殼體-實(shí)體約束(殼體邊界同時(shí)約束平移和旋轉(zhuǎn)自由度;實(shí)體表面上只約束平移)
4)執(zhí)行分析
B. 計(jì)算精度:
以下是將 MPC 連接用于 SOLID - SHELL 連接時(shí)的一些精度測試結(jié)果:
a. 不同網(wǎng)格的連接:
b. 虛擬殼體 SHSD - KEYOPT(5) = 1
c. 虛擬殼體 SHSD - KEYOPT(5) = 2
d. 不使用虛擬殼體 SHSD - KEYOPT(5) = 3
e. 總結(jié)
4.將MPC連接用于SHELL-SHELL
a.兩種消除接觸面與目標(biāo)面間隙的方法:
1)如果接觸面法線與目標(biāo)面相交,可以使用PSOLVE命令延伸接觸面
| GUI 菜單: Main Menu > Solution > Solve > Partial Solu |
2)如果接觸面法線與目標(biāo)面不相交,可以使用KEYOPT(5)=4,仍像接觸節(jié)點(diǎn)和目標(biāo)段在pinball范圍內(nèi)部一樣創(chuàng)建約束方程。
5. MPC約束用于SOLID-BEAM和SHELL-BEAM
過程:
1)1)將實(shí)體表面和/或殼體邊界作為接觸面,將梁節(jié)點(diǎn)作為目標(biāo)的pilot節(jié)點(diǎn),不需要添加目標(biāo)面。
2)2)設(shè)置接觸單元選項(xiàng):
KEYOPT(2) = 2激活MPC方法
KEYOPT(12) = 5或6設(shè)置為綁定接觸
KEYOPT(4) = 1力-分布表面
KEYOPT(4) = 2剛性約束表面
3)執(zhí)行分析
示例 1:實(shí)體結(jié)果與實(shí)體-梁連接結(jié)果的比較,下面右圖中間分為實(shí)體和梁兩段,用 MPC 連接到一起:
1. 剛性約束表面工況
示例 3:實(shí)體結(jié)果與殼體-梁連接結(jié)果的比較,下面右圖中間分為殼體和梁兩段,用 MPC 連接到一起:
工況 1: 剛性約束面
6.用MPC連接FE模型和加載點(diǎn)
過程:
1)1) 將FE表面和/或邊界作為接觸面,加載節(jié)點(diǎn)作為目標(biāo)pilot節(jié)點(diǎn),不需要添加目標(biāo)面。
2)2) 設(shè)置接觸單元選項(xiàng):
KEYOPT(2)=2激活MPC方法
KEYOPT(12)=5 or 6設(shè)置為綁定接觸
KEYOPT(4)=1力–分布表面
KEYOPT(4)=2剛性約束表面
3)執(zhí)行分析
示例:
工況 1:剛性約束表面
MPC應(yīng)用
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