搜索ANSYS 中 MPC 的应用 (1) (翻译资料)
2017-03-02 by:CAE仿真在线 来源:互联网
目 录
1. 介绍
2.MPC用于SOLID-SOLID, SHELL-SHELL的连接
3.MPC用于SOLID-SHELL的连接
4. MPC用于SHELL-SHELL的连接
5. MPC用于SOLID-BEAM和SHELL-BEAM的连接
6. MPC用于FE模型与载荷点的连接
1.介绍:
(1)什么是MPC?
MPC的含义:多点约束,表达式可写为:
(2)为什么需要MPC?
?连接不同的网格:
–如果几何在拓扑上是不连接的,可以分别划分网格,然后用MPC进行连接各FE模型:
(3) 使用MPC 做什么?
a.连接不同的单元类型:
–如果在连接区域使用了不同的单元类型,由于节点自由度不同,连通性是不一致的。使用MPC可以使FE模型的连通性一致。
b.施加远处的载荷:
如果载荷点不在FE模型上,使用MPC可以实现载荷点与FE模型的连接:
a.结果可能依赖于接触刚度:
–现有的bonded接触算法使用了惩罚方法(penalty method),由于接触刚度(引起病态条件)和穿透,可能会影响结果的精度。
?b. 即使对小变形问题也需要大量迭代才能达到满意的平衡。
–即使是线性问题,通常也需要迭代。
?c. 在模态分析中,有时会出现虚假的自然频率。
–这是因为使用了接触刚度。
?d. 只处理平移自由度
–- 对于接触面与目标面的距离非零的情况;
–- 不能处理Shell与beam装配的情况。
?e.只适于小应变的情况
–因为现有的CE方法总是使用初始的节点定位;
?f.RBE3约束单元只支持低阶单元
–
10节点四面体单元是最常使用的单元;
g. 在RBE3的主节点上,不允许施加位移约束。
(5) 新的MPC方法的优点
?a.MPC方程由软件内部创建:
–不需要用户手工定义MPC方程,用户只需将连接视为“绑定”(bonded)接触,ANSYS将自动生成MPC。
?b.接触表面的节点自由度将被自动消除:
–这可以提高求解效率。
?c. 不需要输入接触刚度:
–不再需要通过多次尝试来保证求解精度;
?d.对于小变形问题,它表现为“真线性接触”特性:
–求解系统方程时不需要迭代;
e. 对于大变形问题,在每一步迭代时更新MPC方程。
f. 不仅可以约束平移自由度,而且可以约束转动自由度:
–可以改善求解精度,并使solid-shell, shell-shell, solid-beam及shell-beam之间的连接更合理。
?g.对于接触对定义,也很容易生成内部的MPC:
–对于了解如何定义接触的用户,也没有什么新东西。
?h.与MSC/Nastran (RBE3型)不同
–- 自动考虑形状函数,不需要权因子;
–- 不仅可以施加力,也可以施加位移约束。
2.将MPC连接用于SOLID-SOLID, SHELL-SHELL
过程:
1)将连接视为接触面,使用命令或Contact Wizard来定义接触面和目标面:
2)设置接触单元选项(keyoptions):
KEYOPT(2)=2激活MPC方法
KEYOPT(4)=2基于节点
KEYOPT(12)=5或6设置为“绑定(bonded)”接触
3)执行分析
4)
注意:
如接触面和目标面的网格相似,MPC方法给出与连续网格相同的结果。
如接触面和目标面的网格相差较大,MPC方法给出的界面处的应力梯度将受到影响,网格越相近,结果越好。
以下是使用 MPC 时,对不同情况的计算结果精度的测试:
a. 网格相似性
b. 网格一致性
c. 几何穿透影响
d. 几何间隙
e. 应力集中的情况
f.MPC连接用于SOLID-SOLID-静力分析
g.MPC连接用于SOLID-SOLID-模态分析
h.MPC连接用于SHELL-SHELL -静力分析
h.MPC连接用于SHELL-SHELL - 模态分析
i. MPC连接用于SHELL-SHELL -边界对边界
3.将MPC连接用于SOLID-SHELL
b. 虚拟壳体 SHSD - KEYOPT(5) = 1
示例:
4.将MPC连接用于SHELL-SHELL
实体网格与壳体网格不需要对齐。
A. 过程:
1) 将连接处理为接触,对实体使用Target170,对壳体使用Contact175。
2)设置接触单元Contact175选项(keyoptions):
KEYOPT(2)=2激活MPC方法
KEYOPT(12)=5或6设置为绑定接触
3)设置目标单元Target170选项:
KEYOPT(5)=0自动约束类型探测(default)
KEYOPT(5)=1实体-实体约束(没有旋转自由度被约束)
KEYOPT(5)=2壳体-壳体约束(同时约束平移和旋转自由度)
KEYOPT(5)=3壳体-实体约束(壳体边界同时约束平移和旋转自由度;实体表面上只约束平移)
4)执行分析
B. 计算精度:
以下是将 MPC 连接用于 SOLID - SHELL 连接时的一些精度测试结果:
a. 不同网格的连接:
b. 虚拟壳体 SHSD - KEYOPT(5) = 1
c. 虚拟壳体 SHSD - KEYOPT(5) = 2
d. 不使用虚拟壳体 SHSD - KEYOPT(5) = 3
e. 总结
4.将MPC连接用于SHELL-SHELL
a.两种消除接触面与目标面间隙的方法:
1)如果接触面法线与目标面相交,可以使用PSOLVE命令延伸接触面
| GUI 菜单: Main Menu > Solution > Solve > Partial Solu |
2)如果接触面法线与目标面不相交,可以使用KEYOPT(5)=4,仍像接触节点和目标段在pinball范围内部一样创建约束方程。
5. MPC约束用于SOLID-BEAM和SHELL-BEAM
过程:
1)1)将实体表面和/或壳体边界作为接触面,将梁节点作为目标的pilot节点,不需要添加目标面。
2)2)设置接触单元选项:
KEYOPT(2) = 2激活MPC方法
KEYOPT(12) = 5或6设置为绑定接触
KEYOPT(4) = 1力-分布表面
KEYOPT(4) = 2刚性约束表面
3)执行分析
示例 1:实体结果与实体-梁连接结果的比较,下面右图中间分为实体和梁两段,用 MPC 连接到一起:
1. 刚性约束表面工况
示例 3:实体结果与壳体-梁连接结果的比较,下面右图中间分为壳体和梁两段,用 MPC 连接到一起:
工况 1: 刚性约束面
6.用MPC连接FE模型和加载点
过程:
1)1) 将FE表面和/或边界作为接触面,加载节点作为目标pilot节点,不需要添加目标面。
2)2) 设置接触单元选项:
KEYOPT(2)=2激活MPC方法
KEYOPT(12)=5 or 6设置为绑定接触
KEYOPT(4)=1力–分布表面
KEYOPT(4)=2刚性约束表面
3)执行分析
示例:
工况 1:刚性约束表面
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