Ansys梁单元与实体单元连接

2017-02-28 by:CAE仿真在线来源:互联网

虽说现在workbench凭借其各方面优势受到了大多初次接触ansys用户的青睐,但是有时候回到经典界面深入了解下一些设置背后的方法和原理时,或许会对workbench有更加深入的了解。出于此意,因此后面一段时间我会就一些简单的问题在经典界面进行说明与比较,希望对在这些方面有疑惑的朋友有所帮助。

本篇主要说的是如何在ansys中实现梁单元与实体单元的连接,作为在公众号这个平台写的第一篇文章,虽然网上也可以找到很多介绍这一方面的文章,但是还是那句话:值得回味。居然回味了,就一定要在自己以前的理解上产生新的认识。

问题的提出

下面是一个简易的分析模型,所做的处理仅仅是将梁单元(beam188)与实体单元(solid185)的重合节点进行自由度耦合

点击solve后出现以下错误:

意译过来是:模型约束不足(例如节点2687的x方向旋转自由度)

通过搜寻,很容易找到2687正好是梁上的一个节点。那么已经将梁单元节点和实体单元节点的自由度都耦合上了,为什么不能计算呢?

问题的回答

解决该问题需要知道两点:①梁单元的每个节点有六个自由度(不考虑翘曲自由度),而实体单元的节点仅有三个自由度②自由度耦合依据就低原则。

这两点就说明梁节点与实体单元节点进行耦合时,以实体单元的自由度为标准进行耦合,因此梁单元的三个转动并未受到约束(就算是直接使用实体单元的节点进行梁单元建模,同样和耦合自由度一样就低原则)。那么我们就可以说两者相连只能传递三个方向的位移自由度。

当然有人可能会疑惑,自己并没有在转动方向上施加力,因此也不会导致转动方向位移的问题?为什么实体单元只有三个自由度而不是六个?这些问题如果读者有兴趣的话可以发表意见。

解决方案

针对上述问题,ansys自然也有相应的解决对策。主要有十字梁法,刚性区法,自由度耦合以及mpc方法。不过今天主要就对mpc法进行说明,该方法相比其他方法来说主要有三大优势①操作方便,利用接触向导快速完成②不要求节点连续性③适用于大部分单元的连接问题,适用性更广。

mpc算法简介

Mpc(Multi-Point Constraint)也即多点约束算法,他通过内部生成的约束方程在接触面上保证协调。该方法可以用于实体,壳体和梁单元之间和本身的连接,并且可以在大变形下使用,但是仅适用于绑定接触与无分离接触。

软件实现

官方给出的梁与实体的装配是将梁的端点作为控制节点来控制实体单元的面节点。但是实际上这种方法并不会比直接建立刚性区方便到哪去,并且控制节点选择不好的话可能会扩大受力区域,因此这里我推荐一种更为便捷的方法,而且具有一定的精度。该方法类似于壳与实体的装配,这里只是将梁作为接触面,实体面作为目标面进行mpc装配,具体流程如下: