搜索用mpc184单元分析大转动变形 （转载）
2017-03-02 by:CAE仿真在线 来源:互联网
在ANSYS中施加扭矩通常有cerig,rbe3,mpc184三种方法。还有把力矩等效为节点力的办法,这个办法毛病很多,不在讨论之列。
cerig是在实际受载荷区域建立一个所谓"刚性区域",然后把载荷施加在跟这个刚性区域相连的“master node”上。
rbe3和cerig是类似的。不同的是,rbe3把施加在master node上的载荷,按照一定的权重,分配到各个"slave node"上。
cerig,rbe3两种办法的本质,就是建立了约束方程,而约束方程是线性的,所以,cerig,rbe3只能用于线性问题,对于大变形等非线性问题,如果不慎使用了cerig,rbe3,就会得到错误的结果。
mpc184则支持非线性分析,所以,可以应用于大变形等非线性场合。
对于方法1,通过转换为集中力或均布力,比如施加扭矩,把端面节点改成柱坐标,然后等效为施加环向的节点力;而施加弯矩,可以将力矩转化为端面的剪切均布力;但这种方法比较容易出现应力集中现象;
方法2,定义局部刚性区域,施加过程venture讲的很详细,这里就不在赘述。根据他的例子,我在下面给出了一段命令流。该方法有个不足,它在端面额外的增加了一定的刚度,只能适用于小变形分析。
方法3,相对方法2来说,采用刚性梁单元,适用范围更广一些,对于大应变分析也能很好的适用。但在小应变分析下,方法2和方法3没有什么区别。
方法4,定义一个主节点,施加了分布力面,应该说跟实际比较接近一点,但端面的结果好像不是很理想,结果有点偏大,在远离端面处的位置跟实际很符合。
方法5,它具体的受力形式有如下两种:
刚性表面边界(Rigid surface constraint)-认为接触面是刚性的,没有变形,和通过节点耦合命令CERIG比较相似;
分布力边界(Force-distributed constraint)-允许接触面的变形,和边界定义命令RBE3相似。
使用这种方法,需要用KEYOPT(2) = 2打开接触单元的MPC(多点接触边界)算法
下面是一个例子,分别用rbe3, cerig,mpc184施加转动进行计算。
问题描述:一个截面为正方形的杆件,一端完全固定,另外一端施加转动载荷,使端面旋转45度(0.7854弧度)。
杆件几何参数:截面为1x1的正方形,杆长10。
材料参数:e=10000;泊松比v=0.3;
分析:端面转动了45度,明显属于大转动非线性,分析的时候,应该选用支持大变形的单元类型,这里旋转solid185。
由于问题属于大变形非线性,求解的时候,应该打开非线性选项。
ansy中的对应命令语句为:NLGEOM,ON。
模型简单取1个空心梁,采用实体建模,单元用95,内半径< xmlnamespace prefix ="st1" ns ="urn:schemas-microsoft-com:office:smarttags" />10mm,外半径15mm,长度200mm,矩10E6 Nmm,mass21单元实常数取零。
(1)梁建模划网
(2)在梁轴线上生成1节点,偏离端面10mm。
(3)选定mass21单元属性,通过第二步的节点直接生成单元(E或EN)。
(4)指定刚性化区域(CERIG),先选取mass21对应的节点,再选取梁端面节点。
(5)加约束和载荷,梁另一端全约束,在mass21对应节点上加扭矩。
(6)求解后验证结果。
(7)在mass21上加弯距,求解验证结果。
加扭矩,按公式计算得到最大剪应力235.179Mpa。应力分布连续,无应力集中现象。
加弯距,按公式计算轴向应力为470.357Mpa,但在应力云图上梁端部明显出现端部效应,取中间截面轴向应力对比,结果基本吻合。所以加弯距时考虑结构加长以减小端部效应的影响。
关于实体单元施加弯矩的方法
一、施加方法
思路1:矩或扭矩说白了就是矩,所谓矩就是力和力臂的乘积。
施加矩可以等效为施加力;
思路2:直接施加弯矩或扭矩,此时需要引入一个具有旋转自由度的节点;
二、在ANSYS中实现的方法
这里说说3个基本方法,当然可以使用这3个方法的组合方法,组合方法就是对3个基本方法的延伸,但原理仍不变。
方法1:引入mass21,利用cerig命令
Ex1:
/prep7
block,0,1,0,1,0,2
k,9,0.5,0.5,2.5
mp,ex,1,2e10
mp,prxy,1,0.2
mp,prxy,1,0.3
r,2,1e-6
et,1,45
et,2,21
keyopt,2,3,0
lesize,all,0.2
vmesh,all
ksel,s,,,9
type,2
real,2
kmesh,all
allsel
nsel,s,loc,z,2,3
NPLOT
CERIG,node(0.5,0.5,2.5),ALL,ALL, , , ,
allsel
/SOLU
f,node(0.5,0.5,2.5),my,100e3
FINISH
/SOL
nsel,s,loc,z,0
d,all,all
allsel
solve
方法2:利用mpc184单元
/prep7
block,0,1,0,1,0,2
mp,ex,1,2e10
mp,prxy,1,0.2
mp,prxy,1,0.3
et,1,45
et,2,184
keyopt,2,1,1
lesize,all,0.2
vmesh,all
n,1000,0.5,0.5,2.5
type,2
mat,2
*do,i,1,36
e,1000,36+i
*enddo
allsel
allsel
/SOLU
f,node(0.5,0.5,2.5),my,100e3
FINISH
/SOL
nsel,s,loc,z,0
d,all,all
allsel
solve
方法3:使用rbe3命令
/prep7
block,0,1,0,1,0,2
k,9,0.5,0.5,2.5
mp,ex,1,2e10
mp,prxy,1,0.2
mp,prxy,1,0.3
r,2,1e-6
et,1,45
et,2,21
keyopt,2,3,0
lesize,all,0.2
vmesh,all
ksel,s,,,9
type,2
real,2
kmesh,all
allsel
*dim,sla,array,36
*do,i,1,36
sla(i)=i+36
*enddo
*dim,sla2,array,36
*do,i,1,36
sla2(i)=i+36
*enddo
allsel
rbe3,node(0.5,0.5,2.5),all,sla,sla2
allsel
/SOLU
f,node(0.5,0.5,2.5),my,100e3
FINISH
/SOL
nsel,s,loc,z,0
d,all,all
allsel
solve
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