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

雖說現在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,但是有時候回到經典界面深入了解下一些設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準進行耦合,因此梁單元的三個轉動并未受到約束(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。

當然有人可能會疑惑,自己并沒有在轉動方向上施加力,因此也不會導致轉動方向位移的問題?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,利用接觸向導快速完成②不要求節(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,他通過內部生成的約束方程在接觸面上保證協(xié)調。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

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,實體面作為目標面進行mpc裝配,具體流程如下: