搜索索网找形ANSYS分析
2017-08-25 by:CAE仿真在线 来源:互联网
索网找形分析的经典案例其实有很多,但是最近就做找形分析时的确也遇到了一些问题,因此这里仅以一个简单的例子对某些问题进行说明,希望对有需要的伙伴有帮助。使用模型参照期刊:《考虑索自重作用下找形的一种方法》-晏景通。
1.算例
设有支撑再刚性边界的菱形索网,初始几何尺寸如图a所示(横竖索之间的间距均为9.15m),弾性模型2.1e11Pa,泊松比0.3,截面积为0.0014m2,预拉伸力大小为800KN。安装时,左右两支点比水平位置高3.66m,上下两支点比水平位置矮3.66m,其形态如图b所示,在索心处施加一沿法线100KN的集中力,试分析最终索网形态。
2.分析
首先,在对悬索进行模拟的时候,我们首先会遇到第一个问题:使用什么单元来模拟索比较合适?
要回答该问题,首先需要清楚索结构的两个重要假定:
①索之间的交叉节点为无摩擦的理想铰接
②索单元认为是只拉单元,既不能承受任何弯矩,也不能承受任何压力
由此可以看出,使用link单元来模拟绳索会比使用beam单元更加合适。
其次,由于大部分文章仍使用link10进行悬索分析,因此这里特别说明下,link180作为原来几种单元的代替进行使用,说明其功能更加强大,也能进行索结构的分析。至于会遇到如何施加初应力或者初应变的问题,再后面分析中会具体说明如何设置。故而本例采用设置了仅受拉的link180单元进行分析。
最后,要重点说明一下这个形为什么要找。需要说明的是,如果能直接确定索网的初始状态(受载荷之前),这个形是不需要找的。但是我们面临的问题是,一般索网成马鞍面之类的负高斯曲面,初始构型很难直接由普通建模得到。因此,我们需要先用一些特殊的手段初次找形,得到安装时的大致形状,然后再施加真实的预应力和材料参数第二次找形,最终获取缆索形态,才能进行后续的外载荷分析,否则直接分析将会动不动就报位移量超出的错误,也即整个结构难以平衡。
3.几何模型
Ansys中进行几何模型的建立其实相当不便,因此这里使用sw建立好索网的平面图,导入ansys中进行后续分析。这里建模过程我得细说一下,因为存在一定的技巧。
A.在sw的草图模块中通过多边形、直线偏移以及剪裁命令快速创建二维草图如下(图中圆是多边形工具的内切圆)
B.将建立好的二维草图导出为igs格式,但是要进行如下设置,也即勾选上输出草图实体,否则草图将不被导出。
C.ansys导入刚才另存的igs格式文件,会得到下述几何模型
可以看到,导入的草图有两个问题:①多了构造多边形的圆线②每根线是单独的,没有相互关联起来(通过线的颜色判断)。对于第一个问题我们直接删除草图上多余的线即可。对于第二个问题,直接使用线搭接命令(默认导入时重合关键点合并,因此不用线粘结)。然后我们可以得到如图b的几何模型。
4.有限元模型
按照第二部分的分析,选择link180来离散几何模型。使用section设定link180的如下截面参数:
将每根索划分为三段,以便找形分析所得曲面更加贴近,划分网格,最终得到下述有限元模型(平面状态):
5.第一次找形
第一次找形是为了获取施加准确预应力前的索网大致形状。其中需要注意的是,本次找形会设定虚拟的材料参数,也就是不真实的材料参数,这里主要指弹性模量,会设定为原来的千分之一到万分之一(这里设置成千分之一)。至于为什么这样设置,在王新敏的《ansys工程结构数值分析》有如下说明:
形状确定问题简称“找形”,其基本原理是减小弹性刚度的影响,利用结构的应力刚度求得满足边界条件的平衡曲面,当完全不计弹性刚度时获得索网的最小曲面。因此,在找形分析时应采用较小的弹性模量,且不施加外载荷和自重载荷。
清楚了这个以后,我们开始最关键的一步:设定link180的预应力。由于link10直接使用实常数定义初应变,因此当link10被淘汰以后,很多人刚接触找形分析不清楚怎么对link180设置这个。这里需要用到命令inistate。
具体就不进行详细说明,就分别举设置初应变和初应力的例子。
上述由于初应力是defi下的默认选项,因此设定初应变的话需要额外加上类型设置的命令。
设定初应变为0.999后,约束所有边线节点的ux和uy,以模拟刚性边界,然后施加四个支点的位移抬升,打开大变形开关,求解。下面是第一次找形结果:
6.第二次找形
第二次找形时,首先使用upgeom命令,更新有限元模型,也即将第一次找形后的结果直接作为有限元分析模型。然后恢复真实弹性模量以及预拉伸力,再次求解,得到最终找形结果如下(重力相比于预应力较小,这里忽略其影响):
7.施加外载
外载的施加和普通静力分析一样,这里就不再向下说明了。
8.最后
上述只简单的介绍了找形分析的基本流程,主要留意link180如何施加初应力与初应变。关于找形分析更多案例,详见王新敏-《ansys工程结构数值分析》。
相关标签搜索：索网找形ANSYS分析 Ansys有限元培训 Ansys workbench培训 ansys视频教程 ansys workbench教程 ansys APDL经典教程 ansys资料下载 ansys技术咨询 ansys基础知识 ansys代做 Fluent、CFX流体分析 HFSS电磁分析 Abaqus培训
