ANSYS中MPC的应用.docx

1、ANSYS中MPC的应用ANSYS 中 MPC 的应用目 录 1. 介绍 2. MPC用于SOLID-SOLID, SHELL-SHELL的连接 3. MPC用于SOLID-SHELL的连接 4. MPC用于SHELL-SHELL的连接 5. MPC用于SOLID-BEAM和SHELL-BEAM的连接 6. MPC用于FE模型与载荷点的连接 1.介绍： (1)什么是MPC? MPC的含义：多点约束，表达式可写为： 示例： (2)为什么需要MPC?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MPC进行连接各FE模型： (3) 使用MPC 做什么? a.连接不同的单元类型

2、： 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MPC可以使FE模型的连通性一致。 b.施加远处的载荷： 如果载荷点不在FE模型上，使用MPC可以实现载荷点与FE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(penalty method)，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

3、 - 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RBE3的主节点上，不允许施加位移约束。 (5) 新的MPC方法的优点? a.MPC方程由软件内部创建： 不需要用户手工定义MPC方程，用户只需将连接视为“绑定”(bonded)接触，ANSYS将自动生成MPC。? b.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

4、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MPC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.与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MPC连接用于SOLID-SOLID, SHELL-SHE

5、LL过程: 1)将连接视为接触面，使用命令或Contact Wizard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MPC方法 KEYOPT(4)=2基于节点 KEYOPT(12)=5或6设置为“绑定(bonded)”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.

6、应力集中的情况 f.MPC连接用于SOLID-SOLID-静力分析 g.MPC连接用于SOLID-SOLID-模态分析 h.MPC连接用于SHELL-SHELL -静力分析 h.MPC连接用于SHELL-SHELL -模态分析 i.MPC连接用于SHELL-SHELL -边界对边界 j.MPC连接用于接触 3.将MPC连接用于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。2)设置接触单元Contact175选项(keyoptions): KEYOPT(2)=2激活MPC方法 KEYOPT(

7、12)=5或6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

8、. 不使用虚拟壳体 SHSD - KEYOPT(5) = 3 e. 总结 示例： 4.将MPC连接用于SHELL-SHELL a.两种消除接触面与目标面间隙的方法： 1)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： Main Menu Solution Solve Partial Solu 2)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SOLID-BEAM和SHELL-BEAM过程：1) 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

9、节点，不需要添加目标面。2) 2) 设置接触单元选项：KEYOPT(2) = 2激活MPC方法KEYOPT(12) = 5或6设置为绑定接触KEYOPT(4) = 1力-分布表面KEYOPT(4) = 2刚性约束表面3)执行分析 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： 1. 刚性约束表面工况 2. 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MPC连接FE模型和加载点 过程：1)1)将FE表面和/或边界作为接触面，加载节点作为目标pilot节点，不需要添加目标面。2)2)设置接触单元选项： KEYOPT(2)=2激活MPC方法 KEYOPT(12)=5 or 6设置为绑定接触 KEYOPT(4)=1力分布表面 KEYOPT(4)=2刚性约束表面 3)执行分析 示例： 工况 1：刚性约束表面 工况 2：表面分布力 MPC应用