ANSYS中MPC的应用Word下载.docx
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(1)
什么是
MPC?
的含义:
多点约束,表达式可写为:
示例:
(2)
为什么需要
?
连接不同的网格:
–
如果几何在拓扑上是不连接的,可以分别划分网格,然后用
进行连接各
模型:
(3)使用
MPC做什么?
a.
连接不同的单元类型:
如果在连接区域使用了不同的单元类型,由于节点自由度不同,连通性是不一致的。
使用
可以使
模型的连通性一致。
b.
施加远处的载荷:
如果载荷点不在
模型上,使用
可以实现载荷点与
模型的连接:
(4)
为什么不用已有的接触算法?
a.
结果可能依赖于接触刚度:
现有的
bonded
接触算法使用了惩罚方法
(penaltymethod),由于接触刚度
(引起病态条件)和穿透,可能会影响结果的精度。
b.
即使对小变形问题也需要大量迭代才能达到满意的平衡。
即使是线性问题,通常也需要迭代。
c.在模态分析中,有时会出现虚假的自然频率。
这是因为使用了接触刚度。
d.只处理平移自由度
-对于接触面与目标面的距离非零的情况;
-不能处理
Shell
与
beam
装配的情况。
e.
只适于小应变的情况
因为现有的
CE
方法总是使用初始的节点定位;
f.
RBE3
约束单元只支持低阶单元
–
10
节点四面体单元是最常使用的单元;
g.在
的主节点上,不允许施加位移约束。
(5)
新的
方法的优点
方程由软件内部创建:
不需要用户手工定义
方程,用户只需将连接视为
“绑定”
(bonded)
接触,
ANSYS
将自动生成
MPC。
接触表面的节点自由度将被自动消除:
这可以提高求解效率。
c.
不需要输入接触刚度:
不再需要通过多次尝试来保证求解精度;
d.
对于小变形问题,它表现为
“真线性接触”
特性:
求解系统方程时不需要迭代;
e.
对于大变形问题,在每一步迭代时更新
方程。
f.
不仅可以约束平移自由度,而且可以约束转动自由度:
可以改善求解精度,并使
solid-shell,shell-shell,solid-beam
及
shell-beam
之间的连接更合理。
g.
对于接触对定义,也很容易生成内部的
MPC:
对于了解如何定义接触的用户,也没有什么新东西。
h.
MSC/Nastran(RBE3
型)
不同
-
自动考虑形状函数,不需要权因子;
不仅可以施加力,也可以施加位移约束。
2.
将
连接用于
SOLID-SOLID,SHELL-SHELL
过程:
1)
将连接视为接触面,使用命令或
ContactWizard
来定义接触面和目标面:
2)
设置接触单元选项
(keyoptions):
KEYOPT
(2)=2
激活
方法
KEYOPT(4)=2
基于节点
KEYOPT(12)=5
或
6
设置为
“绑定
”
接触
3)
执行分析
注意:
如接触面和目标面的网格相似,MPC
方法给出与连续网格相同的结果。
如接触面和目标面的网格相差较大,MPC
方法给出的界面处的应力梯度将受到影响,网格越相近,结果越好。
以下是使用MPC时,对不同情况的计算结果精度的测试:
a.
网格相似性
b.网格一致性
c.几何穿透影响
d.几何间隙
e.应力集中的情况
SOLID-SOLID
-
静力分析
模态分析
SHELL-SHELL-
i.
边界对边界
j.
连接用于接触
3.
SOLID-SHELL
实体网格与壳体网格不需要对齐。
A.过程:
1)将连接处理为接触,对实体使用
Target170,对壳体使用
Contact175。
设置接触单元
Contact175
选项
(keyoptions):
KEYOPT
(2)=2
KEYOPT(12)=5
设置为绑定接触
3)
设置目标单元
Target170
选项:
KEYOPT(5)=0
自动约束类型探测
(default)
KEYOPT(5)=1
实体-实体约束
(没有旋转自由度被约束)
KEYOPT(5)=2
壳体-壳体约束
(同时约束平移和旋转自由度)
KEYOPT(5)=3
壳体-实体约束
(壳体边界同时约束平移和旋转自由度;
实体表面上只约束平移)
4)
执行分析
B.计算精度:
以下是将MPC连接用于SOLID-SHELL连接时的一些精度测试结果:
a.不同网格的连接:
b.虚拟壳体SHSD-KEYOPT(5)=1
c.虚拟壳体SHSD-KEYOPT(5)=2
d.不使用虚拟壳体SHSD-KEYOPT(5)=3
e.总结
4.
SHELL-SHELL
两种消除接触面与目标面间隙的方法:
如果接触面法线与目标面相交,可以使用
PSOLVE
命令延伸接触面
GUI菜单:
MainMenu>
Solution>
Solve>
PartialSolu
如果接触面法线与目标面不相交,可以使用
KEYOPT(5)=4,仍像接触节点和目标段在pinball
范围内部一样创建约束方程。
5.MPC
约束用于
SHELL-BEAM
过程:
1)
将实体表面和/或壳体边界作为接触面,将梁节点作为目标的
pilot
节点,不需要添加目标面。
2)
设置接触单元选项:
KEYOPT
(2)=2
KEYOPT(12)=5
KEYOPT(4)=1
力
分布表面
KEYOPT(4)=2
刚性约束表面
示例1:
实体结果与实体-梁连接结果的比较,下面右图中间分为实体和梁两段,用MPC连接到一起:
刚性约束表面工况
表面分布力工况
示例2:
示例3:
实体结果与壳体-梁连接结果的比较,下面右图中间分为壳体和梁两段,用MPC连接到一起:
工况1:
刚性约束面
工况2:
表面分布力
6.
用
连接
模型和加载点
表面和/或边界作为接触面,加载节点作为目标
KEYOPT(12)=5or6
KEYOPT(4)=1
示例:
工况2:
应用