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文檔簡(jiǎn)介
1、使用 合并節(jié)點(diǎn)、MPC 接觸、節(jié)點(diǎn)耦合、約束方程等的一個(gè)例子本例簡(jiǎn)單說明了 ANSYS 中的 MPC、節(jié)點(diǎn)耦合和約束方程的基本用法，并對(duì)它們做了初步比較。 一 結(jié)構(gòu)概況 例題所用結(jié)構(gòu)為一個(gè)交叉殼體結(jié)構(gòu)，由兩個(gè)殼體組成，一個(gè)是 ? 圓柱殼體，半徑 99.9，另一個(gè)是與圓柱殼體交叉的平面殼體，為了便于后續(xù)處理，其與圓柱殼體交叉處的半徑取為 100，即兩個(gè)殼體在交叉處有 0.1 的間隙。殼體厚度均取為 10。約束條件為圓柱殼體四周固支。
2、;在劃分網(wǎng)格時(shí)也有意使兩個(gè)殼體的連接位置具有相同的節(jié)點(diǎn)分布，以方便后續(xù)處理。 材料性能：彈性模量 E = 206000 MPa 泊松比 = 0.3
3、0; 密度 = 7.8e-9 T/mm3 計(jì)算兩種情況： 1 計(jì)算結(jié)構(gòu)的前 12 階固有模態(tài)。 &#
4、160; 2 計(jì)算平面殼體承受均布?jí)毫?1 時(shí)的變形和應(yīng)力。 計(jì)算時(shí)比較了兩個(gè)殼體之間的 4 種不同連接方式： 1 合并一致節(jié)點(diǎn) 第一種處理方法是使用合并一致節(jié)點(diǎn)，即兩個(gè)殼體為剛性連接； 2 &#
5、160; 使用 MPC 接觸方式； 3 使用節(jié)點(diǎn)耦合全部自由度； 4 使用約束方程，連接全部自由度。 二 創(chuàng)建基本模型： 為了方便，首先創(chuàng)建一個(gè)基本模型，然后根據(jù)所使用的不同方法進(jìn)行相應(yīng)的操作?；窘５拿盍魅缦拢?#160; &
6、#160;fini /clear !* /FILNAME,ansys_bas,0 !* /PREP7
7、0; !* ET,1,SHELL63 !* R,1,10, , , , , , !*
8、 MPTEMP, MPTEMP,1,0 MPDATA,EX,1,206000 MPDATA,PRXY,1,0.3 MPDATA,DE
9、NS,1,7.8e-9 !* CYL4, , ,100,-30,200,30, CYL4, , ,99.9,-30,99.9,30, 400 !*
10、; VDELE, 1 !* FLST,2,3,5,ORDE,3 FITEM,2,3 &
11、#160; FITEM,2,5 FITEM,2,-6 ADELE,P51X, , ,1 ADELE, 2, , ,1 &#
12、160; !* FLST,3,1,5,ORDE,1 FITEM,3,1 AGEN, ,P51X, , , , ,200, , ,1 &
13、#160; !* RECTNG,0,600,-25,25, !* FLST,3,1,5,ORDE,1 FITEM,3,2
14、 AGEN, ,P51X, , , , ,200, , ,1 !* FLST,2,2,5,ORDE,2 FITEM,2,1
15、; FITEM,2,-2 AOVLAP,P51X !* FLST,2,4,5,ORDE,3 FITEM,2,3
16、; FITEM,2,5 FITEM,2,-7 ADELE,P51X, , ,1 !* KWPAVE,
17、; 14 wpro,90.000000, ASBW, 4 !* &#
18、160; KWPAVE, 16 ASBW, 2 !* LESIZE,ALL,5, , , ,1, , ,
19、1, !* FLST,5,4,4,ORDE,4 FITEM,5,3 FITEM,5,8
20、60; FITEM,5,11 FITEM,5,-12 CM,_Y,LINE LSEL, , , ,P51X
21、; !* CM,_Y1,LINE CMSEL,_Y !* LESIZE,_Y1, , ,50, , , , ,1
22、60; !* FLST,5,4,5,ORDE,4 FITEM,5,1 FITEM,5,3 &#
23、160; FITEM,5,-4 FITEM,5,8 CM,_Y,AREA ASEL, , , ,P51X
24、 CM,_Y1,AREA CHKMSH,'AREA' CMSEL,S,_Y !*
25、0;MSHKEY,1 AMESH,_Y1 MSHKEY,0 CMDELE,_Y CMDELE,_Y1 &#
26、160; CMDELE,_Y2 !* WPSTYLE,0 FLST,5,561,2,ORDE,4
27、0; FITEM,5,301 FITEM,5,-850 FITEM,5,1371 FITEM,5,-1381 ESEL,S, , ,P51X&
28、#160; !* CM,ea,ELEM !* FLST,5,11,2,ORDE,2
29、; FITEM,5,1371 FITEM,5,-1381 ESEL,R, , ,P51X !* ALLSEL,BELOW,ELEM
30、 !* CM,e2,ELEM !* FLST,5,12,1,ORDE,12
31、60;FITEM,5,1257 FITEM,5,1288 FITEM,5,1308 FITEM,5,1328 FITEM,5,1348
32、60; FITEM,5,1368 FITEM,5,1388 FITEM,5,1408 FITEM,5,1428 FIT
33、EM,5,1448 FITEM,5,1468 FITEM,5,1488 NSEL,U, , ,P51X !*
34、0; CM,n2,NODE CMSEL,S,EA !* FLST,5,22,2,ORDE,2 FITEM,
35、5,565 FITEM,5,-586 ESEL,R, , ,P51X !* ALLSEL,BELOW,ELEM
36、60; !* CM,n1,NODE CM,e1,ELEM !* CMSEL,U,N1
37、; !* CMSEL,S,N1 CMSEL,A,N2 !*
38、; ALLSEL,ALL !* CMSEL,S,N2 CMSEL,A,N1 !* &
39、#160; WPSTYLE,0 FLST,5,24,1,ORDE,15 FITEM,5,88 FITEM,5,404
40、FITEM,5,453 FITEM,5,502 FITEM,5,551 FITEM,5,600 !* &#
41、160; FITEM,5,649 FITEM,5,698 FITEM,5,747 FITEM,5,796 FITEM,5,845 &
42、#160; FITEM,5,894 FITEM,5,1237 FITEM,5,1258 FITEM,5,-1268 &
43、#160; NSEL,R, , ,P51X !* FINISH !* /SOL &#
44、160; !* FLST,2,8,4,ORDE,6 FITEM,2,1 FITEM,2,-2 FITEM
45、,2,6 FITEM,2,-7 FITEM,2,9 FITEM,2,-12 DL,P51X, ,ALL,
46、 !* FLST,2,1,5,ORDE,1 FITEM,2,8 SFA,P51X,1,PRES,1
47、60; !* Allsel !* /PSF,PRES,NORM,2,0,1
48、60;/PBF,DEFA, ,1 /PIC,DEFA, ,1 /PBC,ALL,1 aplot !* &#
49、160; /USER, 1 /VIEW, 1, -0.216 , -0.501 , 0.838 /ANG, 1, 8.82255250562
50、; /AUTO,1 /REP,FAST /USER, 1 /VIEW, 1, 0.5 , -
51、0.63 , 0. 6 /ANG, 1, -48.3642479423 /REPLO !*
52、 ANTYPE,2 !* MODOPT,LANB,12 EQSLV,SPAR MXPAND,12, , ,0
53、; LUMPM,0 PSTRES,0 !* MODOPT,LANB,12,0,0, ,OFF
54、 !* Save 在此命令流中，創(chuàng)建了幾個(gè) component ，以方便后續(xù)操作，它們是： ea 兩個(gè)殼體交叉區(qū)域附近的單元； e1 圓柱殼體交叉區(qū)域的單元
55、； n1 圓柱殼體交叉區(qū)域的單元； e2 平面殼體交叉區(qū)域的單元； n2 平面殼體交叉區(qū)域的節(jié)點(diǎn)。 執(zhí)行該命令流后，將生成一個(gè)名為 ansys_bas.db 的模型文件。其中已設(shè)
56、置為模態(tài)分析，求解前 12 階模態(tài)。但是由于兩個(gè)殼體尚未連接，因而不能馬上求解。 此外，該命令流中，在平面殼體上施加了壓力 1，準(zhǔn)備用于靜力分析；并對(duì)圓柱殼體的周邊施加了固支約束條件，用于靜力和模態(tài)分析。 執(zhí)行該命令流后得到如圖模型，可以看到施加的壓力：
57、60; 如果繪制單元或 Lines，分別得到以下模型圖： 分別采用 4 種方式進(jìn)行分析，敘述如下
58、： 1 采用合并節(jié)點(diǎn)方式的計(jì)算結(jié)果 執(zhí)行上述命令流，生成基本模型 并自動(dòng)存盤為 ansys_bas.db 。 然后將 Jobname 改為 ansys_merge 并存盤。 &#
59、160; 為了進(jìn)行節(jié)點(diǎn)合并，分別調(diào)出 component n1 和 n2。 執(zhí)行菜單項(xiàng)： Utility Menu > Select > Comp/Assembly > Select Comp/ Assembly > Apply
60、0; 對(duì) n1 使用 From Full Set，然后 Apply；在下一對(duì)話框中，點(diǎn)擊 Apply： &#
61、160; 對(duì) n2 使用 Also Select，然后 OK： 繪制節(jié)點(diǎn)，使其充滿整個(gè)圖形區(qū)，得到如下圖形。其中中間部分實(shí)際上有兩排節(jié)點(diǎn)，分別屬于兩個(gè)殼體。局部放大可以看到圖中中間的 ”一個(gè)
62、” 點(diǎn)實(shí)際上對(duì)應(yīng)了兩個(gè)節(jié)點(diǎn)： 對(duì)中間部分節(jié)點(diǎn)執(zhí)行合并節(jié)點(diǎn)操作，輸入公差為 1，將會(huì)合并掉 12 個(gè)節(jié)點(diǎn)。 &#
63、160; 在輸出窗口中可以看到，合并了 12 個(gè)節(jié)點(diǎn)： 執(zhí)行菜單項(xiàng)： &
64、#160; Utility Menu > Select > EveryThing，選擇所有實(shí)體。 然后顯示模型： 將模型存盤，進(jìn)入 solution，進(jìn)行求解： 求解前，可以先查看 /STATUS 窗口，如求解設(shè)置
65、沒有問題，則點(diǎn)擊菜單 File > Close，關(guān)閉該窗口；再在另一對(duì)話框中，點(diǎn)擊 OK，進(jìn)行求解。 求解結(jié)束后，進(jìn)入一般后處理，顯示計(jì)算結(jié)果。 前 12 個(gè)固有頻率值為： &#
66、160; SET TIME/FREQ 1 776.09 2 &
67、#160; 2464.3 3 3515.0
68、60; 4 4814.6 5 5826.0
69、60; 6 8839.6 7 8913.7
70、60; 8 9918.6 9 10192.0 &#
71、160; 10 11370.0 11 12064.0 12 &
72、#160; 12207.0 前 4 階振型圖如下： (1) 一階振型：平板 z 向彎曲變形
73、60; (2) 二階振型：平板側(cè)向彎曲變形 (3) 三階振型：平板扭轉(zhuǎn)變形
74、; (4) 四階振型：平板 z 向二階彎曲變形 2 采用 MPC 接觸方式的計(jì)算結(jié)果 點(diǎn)擊菜單項(xiàng) Main Menu > Finish，結(jié)束上一問題。然后調(diào)入模型文件 ansys_bas.db： &#
75、160; 再將 Jobname 改為 ansys_mpc 并存盤： &
76、#160; 進(jìn)入前處理，點(diǎn)擊接觸向?qū)D標(biāo)，創(chuàng)建新的接觸對(duì)：
77、; 在 Contact Wizard 對(duì)話框中，選擇節(jié)點(diǎn)組 N1 作為目標(biāo)面，目標(biāo)面類型為 “柔性”，然后點(diǎn)擊 Next： 在下一個(gè)對(duì)話框中，選擇節(jié)點(diǎn)組 N2 作為接觸面，接觸單元類型為 Node-to-Surfa
78、ce，然后點(diǎn)擊 Next： 在下一個(gè)對(duì)話框中，點(diǎn)擊 Optional Settings ：
79、 在接觸屬性對(duì)話框中，點(diǎn)擊 Basic 標(biāo)簽，設(shè)置 Contact algorithm 為 MPC algorithm；設(shè)置 Behacior of contact surface 為 Bonded (always)；設(shè)置 Pinball region 為 0.2，并使用 constant 選項(xiàng)：
80、 在接觸屬性對(duì)話框的 Initial Adjustament 標(biāo)簽下，設(shè)置 Automatic Contact Adjustament 為 Close Gap；設(shè)置 Initial contact closure 為 0.2 ，并使用 constant 選項(xiàng)；設(shè)置 Type of constraint 為 Shell/Shell，然后點(diǎn)擊 OK 完成接觸屬性設(shè)置： &#
81、160; 回到上一對(duì)話框，點(diǎn)擊 Create，創(chuàng)建接觸對(duì)；看一下新對(duì)話框中的內(nèi)容，再點(diǎn)擊 Finish，結(jié)束 Contact Wizard：
82、 按照上一對(duì)話框中的提示，檢查接觸單元和目標(biāo)單元的法線方向是否相對(duì) 按下圖中的順序操作：
83、0; 接觸面和目標(biāo)面的法線顯示如圖： 接觸對(duì)設(shè)置完成，將模型存盤，然后進(jìn)入 solution，進(jìn)行求解： &#
84、160; 求解結(jié)束后，進(jìn)入一般后處理，顯示結(jié)果如下： 前 12 個(gè)固有頻率值： SE
85、T TIME/FREQ 1 777.57
86、60; 2 2468.5 3
87、0; 3519.0 4 4823.6
88、 5 5826.7 6 8839.6
89、 7 8913.7
90、60; 8 9919.0 9 10193.0 &#
91、160; 10 11383.0 11
92、 12068.0 12 12220.0 前 4 階振型見下面圖：
93、60; (1) 一階振型：平板 z 向彎曲變形 (2) 二階振型：平板側(cè)
94、向彎曲變形 (3) 三階振型：平板扭轉(zhuǎn)變形
95、0; (4) 四階振型：平板 z 向二階彎曲變形
96、評(píng)論這3 采用 節(jié)點(diǎn)耦合方式的計(jì)算結(jié)果 調(diào)入基本模型，然后將 Jobname 改為 ansys_cp 并存盤。 為了創(chuàng)建節(jié)點(diǎn)耦合，首先 調(diào)出兩個(gè) Component
97、- n1 和 n2： 然后繪制節(jié)點(diǎn)： Utility Menu > Plot > Nodes &#
98、160; 下圖中，N1 為三排節(jié)點(diǎn)，N2 只是中間一排節(jié)點(diǎn)： 然后對(duì) 12 對(duì)很接近的節(jié)點(diǎn)設(shè)置節(jié)點(diǎn)耦合，耦合
99、所有自由度。設(shè)置節(jié)點(diǎn)耦合的方法有兩種： 方法 1 ：Main Menu > Preprocessor > Coupling/Ceqn > Box > 選擇一對(duì)節(jié)點(diǎn) > Apply 在彈
100、出對(duì)話框中，設(shè)置耦合自由度為 All (耦合所有自由度)，耦合自由度的參考號(hào)可以不填，表示采用默認(rèn)值，然后點(diǎn)擊 Apply： 如圖，生成第一個(gè)耦合節(jié)點(diǎn)組，然后繼續(xù)選擇下一組耦合節(jié)點(diǎn)及所有自由度，重復(fù)上述操作，直到生成 12 個(gè)耦合節(jié)點(diǎn)組；對(duì)最后一個(gè)耦合節(jié)點(diǎn)組，點(diǎn)擊 OK： 方法 2
101、、在選擇節(jié)點(diǎn)組 N1 和 N2 后，使用菜單路徑： Main Menu > Preprocessor > Coupling/Ceqn > Coincident Nodes > 耦合自由度選擇： All appropriate；節(jié)點(diǎn)重合公差輸入 0.2： 在上圖中，點(diǎn)擊 OK 后，分別生成所有重合節(jié)點(diǎn)的耦合節(jié)點(diǎn)組，如下圖：
102、 然后選擇整個(gè)模型：Select > Everything，設(shè)置節(jié)點(diǎn)耦合后的完整模型如下： 將模型存盤，然后進(jìn)入 solution，進(jìn)行求解： 求解結(jié)束后，進(jìn)入一般后處理，顯示結(jié)果如下： 前 12 個(gè)固有頻率值如下： SET TIME/FREQ 1 777
103、.59 2 2468.2 3 3519.0 4 4823.8 5 5828.5 6 8839.6 7 8913.7 8 9918.9 9 10193.0 10 11383.0 11 12068.0 12 12221.0 前 4 階振型見下面圖： (1) 一階振型：平板 z 向彎曲變形 (2)
104、; 二階振型：平板側(cè)向彎曲變形 (3) 三階振型：平板扭轉(zhuǎn)變形 (4) 四階振型：平板 z 向二階彎曲變形 &
105、#160; 4 采用 約束方程方式的計(jì)算結(jié)果 調(diào)入基本模型，然后將 Jobname 改為 ansys_ce 并存盤。 . 調(diào)出兩個(gè) Component - E1 和 n2：
106、; 繪制單元和節(jié)點(diǎn)： Utility Menu > Plot > Multi-Plots： 下圖中，單元部分為單元組 E1；節(jié)點(diǎn)組 N2 只是中間一排節(jié)點(diǎn)，不易看清，可以顯示節(jié)點(diǎn)編號(hào)來識(shí)別：
107、; 然后在節(jié)點(diǎn)組 N2 中的各節(jié)點(diǎn)和各單元中與其很接近的節(jié)點(diǎn)之間創(chuàng)建約束方程： Main Menu > Preprocessor > Coupling/Ceqn > Adjacent Regious > 對(duì) TOLER 輸入 0.25，對(duì) DOF1 輸入 all > OK：&#
108、160; 在生成約束方程的過程中，會(huì)出現(xiàn)一些信息，全都可以忽略。執(zhí)行 Replt 后，顯示所生成的約束方程如下： 求解結(jié)束后，進(jìn)入一般后處理，顯示結(jié)果如下：
109、60; 前 12 個(gè)固有頻率值： SET TIME/FREQ 1 777.57
110、60; 2 2468.5 3 3519.0
111、60; 4 4823.6 5 5826.7 6 &
112、#160; 8839.6 7 8913.7 8 9919.0
113、 9 10193.0 10 11383.0 11
114、0; 12068.0 12 12220.0 前 4 階振型見下面圖： (1) 一階振型：平板 z 向彎曲變形
115、60; (2) 二階振型：平板側(cè)向彎曲變形 &#
116、160; (3) 三階振型：平板扭轉(zhuǎn)變形
117、60; (4) 四階振型：平板 z 向二階彎曲變形
118、0; 上述四種連接方式的計(jì)算結(jié)果匯總?cè)缦拢容^可見，四種方法的頻率結(jié)果基本是一致的：
119、 四、靜力分析： 分別采用這 4 種方式進(jìn)行靜力分析，敘述如下： 1 采用合并節(jié)點(diǎn)方式的計(jì)算結(jié)果 調(diào)入模型文件 ansys_merge。 設(shè)置求解類型為 Static： &#
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