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ANSYS各类型单元连接专题讲解-梁与壳体铰接(三)

3月前浏览10577

本文摘要(由AI生成):

本文讨论了梁单元与壳、体单元的铰接问题。梁单元节点除了平动自由度外,还有转动自由度。2D梁单元有Ux、Uy和Rotz三个自由度,而3D梁单元则有更多。板壳单元通常有五个自由度,但有时引入第六个Rotz自由度,但其含义与梁单元的Rotz不同。实体单元节点自由度较少,2D实体单元只有Ux、Uy,而3D实体单元包含Ux、Uy、Uz。梁单元与体单元的平动自由度相同,因此它们可以通过共用节点实现铰接。若要实现梁单元与壳单元的铰接,则需使用节点耦合方法,即在相同位置创建两种单元的节点并耦合其平动自由度。


前面一篇文章主要讲解了杆单元与各类单元连接的基本情况杆与梁壳体单元的连接》,在很多时候,我们使用梁单元的频率要远远大于杆单元,因而如何处理好梁单元与各类单元的连接是做好仿真模拟的关键。

梁单元与杆单元不同之处在于节点除了有平动自由度之外,还附加有转动自由度。针对2D梁单元,节点具有Ux、Uy以及Rotz三个自由度;针对3D梁单元,节点具有Ux、Uy、Uz以及Rotx、Roty、Rotz以及WaRp(仅Beam18x系列单元)。

板壳单元实际上具有五个自由度,分别为Ux、Uy、Uz以及Rotx、Roty,但很多时候引入了第六个面内转动Rotz,但值得注意的是该自由度的含义与梁单元的Rotz含义并不相同。

2D实体单元节点自由度仅有Ux、Uy,3D实体单元节点自由度包含Ux、Uy、Uz。

从上面可见,不同单元类型其节点自由度的数目以及含义不一样,因而在处理单元连接时,需根据实际情况分不同种类来确定其连接方法。但就梁单元而言,与各单元类型的连接可分为如下情况:

1)梁单元与壳、实体单元铰接;

2)2D梁单元与2D实体单元刚接;

3)3D梁单元与壳单元刚接;

4)3D梁单元与3D实体单元刚接;

本篇介绍梁单元与壳、体单元的铰接问题。

从上面介绍的三种单元节点自由度类型可见,梁单元与体单元节点的平动自由度物理意义相同,因此如果需实现梁单元与实体单元的铰接,两者共用节点即可;也可两者无共用节点,但具有重合节点时,直接耦合节点的平动自由度。

然壳单元与梁单元的节点自由度除了Rotz有所不同外,其余5个自由度皆具有相同的物理意义,因而当梁单元与壳单元具有公共节点时,可认为是除了Rotz外的一种刚性连接,例如最常见的建筑结构梁板体系的模拟。故如果要实现梁单元与壳单元的铰接,必须通过节点耦合方法,具体方法为在同一位置处建立两种单元各自的节点,然后耦合平动自由度。

简单小案例:

如下所示结构模型,左端平板采用壳单元模拟,右边部分采用同截面的梁单元模拟,材料选用混凝土C30,平板尺寸为1000x1000,厚度200,梁单元截面尺寸为1000x200,长度5000,平板与梁相交部分采用铰接处理,两端固结,平板上承受 1MPa的均布荷载。

打开后的单元形状如下:

命令流如下:

finish

/clear

/prep7

et,1,shell181

et,2,beam188

keyopt,2,3,3  !形函数设置

mp,ex,1,3.0e4

mp,prxy,1,0.2

mp,dens,1,2500e-12

sectype,1,shell

secdata,200

sectype,2,beam,rect

secdata,1000,200

blc4,,,1000,1000

wpoffs,,500

wprota,,90

a**w,all

!=============

!在相交部位同位置处创建一个关键点,以用于后续耦合

k,10,5000,500

k,11,1000,500

l,11,10

!============

esize,50

lsel,s,,,2

latt,1,,2,,,,2

lmesh,all

allsel,all

amesh,all

!=================

!相交部位耦合,其中1号节点是梁单元节点,103号节点是壳单元节点

cp,next,ux,1,103

cp,next,uy,1,103

cp,next,uz,1,103

!============

/solu

lsel,s,loc,x,0

dl,all,all,all

ksel,s,loc,x,5000

dk,all,all,all

sfa,all,1,pres,-1

allsel,all

solve

变形云图为:

为检验连接效果,梁单元弯矩图如下:

由弯矩图可见,在连接处弯矩为0,说明连接方式为铰接。

为更好对比结果,现在壳单元与梁单元处共用节点,结果云图如下:

Mechanical APDL结构基础通用暖通
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首次发布时间:2019-03-24
最近编辑:3月前
水哥ANSYS
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