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在Workbench中使用结构点单元进行简化计算的方法

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一、导读(理论概述)


结构点单元为MASS21单元,该单元主要用于简化计算,即计算中不需要考虑计算模型的局部变形和应力,只需要其惯性效应对总体的贡献时,所采用的单元。在ANSYS Workbench结构模块中,通过插入质量点来实现对其的调用。
图1 调用质量点设置
如图1,给出了调用质量点的设置,在软件中,Point Mass使用的是MASS21;Distributed Mass使用的是表面效应单元,如图2所示。
图2 计算调用的单元列表
如图3给出了Point Mass细节设置面板,该面板由作用范围和质量点参数定义两个选项组成。Point Mass的位置选择,支持鼠标拾取,空间坐标定义和远端点关联;Point Mass参数包括总质量,三个方向的质量转动惯量(仅对动力学计算有效),Point Mass依附面的行为和球形区域设置,在计算中,用户主要设置总质量和转动惯量。
图3 Point Mass细节设置面板
用户可以通过几何特征拾取,组件或远端点定义质量点,如图4所示。在以上三种方法中,基于远端点定义能够在后期支持更多的设置,例如可以在该位置进行其他载荷;而其他两种设置仅能考虑质量。
图4 质量点对象选择方法

二、全模型计算

本问题为两个模型,通过共节点连接到一起,一端固定,仅考虑重力的力学响应计算。对于这个问题,两个模型之间如果是非胶粘或焊接的,应该使用摩擦接触。如图6给出了全模型的总体变形云图。
图5  计算的全模型
图6 全模型的总体变形云图

三、基于质量点计算

如果用户采用质量点对计算模型进行简化,则使用质量点代替的模型刚度不考虑,而只能考虑其质量对结构的影响。对于本实例,质量点的作用范围,应该为两个模型的接触交接面,为了建立这个交接面特征,需要在模型处理时,把两个模型放到一个Part中,然后进行计算环境时,抑制被简化的模型。
图7  质量点定义面板
如图7给出了质量点的定义面板,用户需要输入质量点的空间坐标,质量,质量转动惯量和与质量点关联面的行为。质量点的空间坐标,质量和转动惯量,可以通过任何的CAD软件获得,也可以通过DM模块获得。

四、计算结果对比与结论

图8到图11分别给出了不同设置的总体边形计算结果,由结果可知,对于静力学计算,影响计算结果主要有两个设置:
-质量;
-行为;
对于行为,应该设置为可变形,如果使用了刚性面,会过大估计结构刚度,因此计算边形比实际工况要小。而质心位置、转动惯量对于静力学计算中的质量简化计算没有影响。因此可以的一个结论:静力学计算中可以直接使用分布质量点代替质量点进行计算。
图8 仅考虑质量
图9 仅考虑质量和质心位置
图10 考虑质量、质心位置、惯量



图11 考虑质量、质心位置、惯量(刚性面)


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作者:张老师,仿真秀专栏作者

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首次发布时间:2019-09-26
最近编辑:4月前
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