搜索用mpc184單元分析大轉(zhuǎn)動變形 （轉(zhuǎn)載）
2017-03-02 by:CAE仿真在線 來源:互聯(lián)網(wǎng)
在ANSYS中施加扭矩通常有cerig,rbe3,mpc184三種方法。還有把力矩等效為節(jié)點(diǎn)力的辦法,這個辦法毛病很多,不在討論之列。
cerig是在實(shí)際受載荷區(qū)域建立一個所謂"剛性區(qū)域",然后把載荷施加在跟這個剛性區(qū)域相連的“master node”上。
rbe3和cerig是類似的。不同的是,rbe3把施加在master node上的載荷,按照一定的權(quán)重,分配到各個"slave node"上。
cerig,rbe3兩種辦法的本質(zhì),就是建立了約束方程,而約束方程是線性的,所以,cerig,rbe3只能用于線性問題,對于大變形等非線性問題,如果不慎使用了cerig,rbe3,就會得到錯誤的結(jié)果。
mpc184則支持非線性分析,所以,可以應(yīng)用于大變形等非線性場合。
對于方法1,通過轉(zhuǎn)換為集中力或均布力,比如施加扭矩,把端面節(jié)點(diǎn)改成柱坐標(biāo),然后等效為施加環(huán)向的節(jié)點(diǎn)力;而施加彎矩,可以將力矩轉(zhuǎn)化為端面的剪切均布力;但這種方法比較容易出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象;
方法2,定義局部剛性區(qū)域,施加過程venture講的很詳細(xì),這里就不在贅述。根據(jù)他的例子,我在下面給出了一段命令流。該方法有個不足,它在端面額外的增加了一定的剛度,只能適用于小變形分析。
方法3,相對方法2來說,采用剛性梁單元,適用范圍更廣一些,對于大應(yīng)變分析也能很好的適用。但在小應(yīng)變分析下,方法2和方法3沒有什么區(qū)別。
方法4,定義一個主節(jié)點(diǎn),施加了分布力面,應(yīng)該說跟實(shí)際比較接近一點(diǎn),但端面的結(jié)果好像不是很理想,結(jié)果有點(diǎn)偏大,在遠(yuǎn)離端面處的位置跟實(shí)際很符合。
方法5,它具體的受力形式有如下兩種:
剛性表面邊界(Rigid surface constraint)-認(rèn)為接觸面是剛性的,沒有變形,和通過節(jié)點(diǎn)耦合命令CERIG比較相似;
分布力邊界(Force-distributed constraint)-允許接觸面的變形,和邊界定義命令RBE3相似。
使用這種方法,需要用KEYOPT(2) = 2打開接觸單元的MPC(多點(diǎn)接觸邊界)算法
下面是一個例子,分別用rbe3, cerig,mpc184施加轉(zhuǎn)動進(jìn)行計(jì)算。
問題描述:一個截面為正方形的桿件,一端完全固定,另外一端施加轉(zhuǎn)動載荷,使端面旋轉(zhuǎn)45度(0.7854弧度)。
桿件幾何參數(shù):截面為1x1的正方形,桿長10。
材料參數(shù):e=10000;泊松比v=0.3;
分析:端面轉(zhuǎn)動了45度,明顯屬于大轉(zhuǎn)動非線性,分析的時候,應(yīng)該選用支持大變形的單元類型,這里旋轉(zhuǎn)solid185。
由于問題屬于大變形非線性,求解的時候,應(yīng)該打開非線性選項(xiàng)。
ansy中的對應(yīng)命令語句為:NLGEOM,ON。
模型簡單取1個空心梁,采用實(shí)體建模,單元用95,內(nèi)半徑< xmlnamespace prefix ="st1" ns ="urn:schemas-microsoft-com:office:smarttags" />10mm,外半徑15mm,長度200mm,矩10E6 Nmm,mass21單元實(shí)常數(shù)取零。
(1)梁建模劃網(wǎng)
(2)在梁軸線上生成1節(jié)點(diǎn),偏離端面10mm。
(3)選定mass21單元屬性,通過第二步的節(jié)點(diǎn)直接生成單元(E或EN)。
(4)指定剛性化區(qū)域(CERIG),先選取mass21對應(yīng)的節(jié)點(diǎn),再選取梁端面節(jié)點(diǎn)。
(5)加約束和載荷,梁另一端全約束,在mass21對應(yīng)節(jié)點(diǎn)上加扭矩。
(6)求解后驗(yàn)證結(jié)果。
(7)在mass21上加彎距,求解驗(yàn)證結(jié)果。
加扭矩,按公式計(jì)算得到最大剪應(yīng)力235.179Mpa。應(yīng)力分布連續(xù),無應(yīng)力集中現(xiàn)象。
加彎距,按公式計(jì)算軸向應(yīng)力為470.357Mpa,但在應(yīng)力云圖上梁端部明顯出現(xiàn)端部效應(yīng),取中間截面軸向應(yīng)力對比,結(jié)果基本吻合。所以加彎距時考慮結(jié)構(gòu)加長以減小端部效應(yīng)的影響。
關(guān)于實(shí)體單元施加彎矩的方法
一、施加方法
思路1:矩或扭矩說白了就是矩,所謂矩就是力和力臂的乘積。
施加矩可以等效為施加力;
思路2:直接施加彎矩或扭矩,此時需要引入一個具有旋轉(zhuǎn)自由度的節(jié)點(diǎn);
二、在ANSYS中實(shí)現(xiàn)的方法
這里說說3個基本方法,當(dāng)然可以使用這3個方法的組合方法,組合方法就是對3個基本方法的延伸,但原理仍不變。
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單元
/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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