有限元方法是将连续体离散为有限个网格单元,单元之间通过节点相互连接成为组合体。那么不一样单元之间如何连接为一个组合体呢,比如实体单元与壳单元之间如何连接为一个组合体?这就涉及到了网格连接方法。
下表综合贺李平教授和周炬教授总结的不同单元之间推荐的连接方法。图惜提示:下表只是推荐连接,并不是表示不可以使用别的类型的连接方法。
节点耦合是指共享不同单元之间的重合节点,这种连接方式最简单,且最有效。为保证协调,两个单元需有相同的自由度,耦合后接触面/边的节点是重合的。耦合的单元在计算中需要有相同的单元阶数,比如杆单元只有一阶,与梁耦合时就要求梁使用(默认的)低阶的单元。节点耦合方法是通过DM中的Form New Part或SC中的Workbench菜单——共享,在SC18.0之前的版本中无Workbench菜单,可以再一次进行选择特征树的总文件夹,设置属性:共享拓扑=共享。
实体与壳节点耦合实际是边线的共节点,有可能造成内力不能全部传递。尽管实体单元的节点缺少转动自由度,但是如果壳与实体接触的边线有一定的曲率,就可以限制壳体的转动。但是这也或造成连接处较大的应力集中,所以周炬教授不推荐使用,读者只需要明白其中的原因就可明白了为什么不同自由度的单元不通过节点耦合进行连接。(此处感谢石头大佬的解释)
在Mechanical中,设置梁/杆端点与刚才创建的点的接触为焊点。若顶点不显示,可在显示——顶点中勾选显示顶点。
程序会强行在加载点处创建一个网格节点,实体与梁杆自由度不协调,当梁杆承受分离趋势的载荷时,两几何体之间将出现微弱分离,对计算结果有微弱影响。注意点焊是点接触,会在接触表面产出应力奇异。读者需谨慎使用。
:梁与面边重合时,一条梁只能与一个面共节点,如果超过1个面,多余的面将共享失败。如下图壳体周边为梁,两个壳面中间也有一梁,所有几何体采用节点耦合(Form New Part),固定各梁,给两壳面施加法向且相反方向的力,变形如下图,能够正常的看到中间梁只与一边的面节点共享成功,与另一边的面节点共享失败。
右击连接Contacts——插入——连接组。设置连接组属性,注意如果设置边/边=是,设置完成后右击特征树的连接组——创建自动连接,程序将搜索所有的边与边(含线)的重合,生成的接触对将很多,包括了梁与梁接头处,此时必须检查后手动删除多余的接触对,如下图。
针对本例已经采用了Form New Part共节点,我们大家可以不设置边/边=是,而设置面/边=仅限面体边缘,生成后的接触对就只有未共享成功的中间梁与两个面的接触了。建议将每个接触的算法改为收敛性、兼容性更好的MPC方法。
右击特征树中的网格——插入——网格连接组。无需修改属性,右击网格连接组——检测连接,便在其下生成了网格连接。右击网格连接组——生成,即完成了网格节点合并。
注意② 梁端点接触曲面或者梁穿过曲面时,通过DM的Form New Part并不能形成公共节点,要形成公共节点需要用SC中的共享功能。
杆梁端点与面或面顶点虽然能实现节点耦合,但是这样的一种情况下杆梁与壳只有一个耦合节点,当给杆梁施加载荷时,会在壳的耦合处出现应力奇异,如下图梁与壳耦合,固定壳的四边,给梁一个压缩力,在节点耦合处出现了应力奇异现象。
此功能常用于清除网格上的细小特征,使用它来创建点面连接是其高级应用,注意其公差数值的定义。右击网格——插入——收缩,在属性中如下设置。主结构一定要选择面,次结构选择梁顶点。在壳与梁顶点重合处会自动生成网格节点,容差表示初始顶点与面的搜索距离范围。注意通过网格收缩形成的是点接触,会在壳的接触处形成应力奇异。
虽然梁单元节点有6个自由度,而杆单元节点只有3个自由度,但是通过实践证明,它们是能够最终靠节点耦合实现节点共享的。其实这也很好理解,因为杆只能承受拉伸或压缩载荷,横向力或弯矩本来就不能加载和传递的。梁杆—梁杆连接请参考《一线工程师总结Ansys Workbench工程实例之——梁单元静力学分析》和《一线工程师总结Ansys Workbench工程实例之——Link杆单元静力学分析》。
有限元方法是将连续体离散为有限个网格单元,单元之间通过节点相互连接成为组合体。那么不一样单元之间如何连接为一个组合体呢,比如实体单元与壳单元之间如何连接为一个组合体?这就涉及到了网格连接方法。
下表综合贺李平教授和周炬教授总结的不同单元之间推荐的连接方法。图惜提示:下表只是推荐连接,并不是表示不可以使用别的类型的连接方法。
节点耦合是指共享不同单元之间的重合节点,这种连接方式最简单,且最有效。为保证协调,两个单元需有相同的自由度,耦合后接触面/边的节点是重合的。耦合的单元在计算中需要有相同的单元阶数,比如杆单元只有一阶,与梁耦合时就要求梁使用(默认的)低阶的单元。节点耦合方法是通过DM中的Form New Part或SC中的Workbench菜单——共享,在SC18.0之前的版本中无Workbench菜单,可以再一次进行选择特征树的总文件夹,设置属性:共享拓扑=共享。
实体与壳节点耦合实际是边线的共节点,有可能造成内力不能全部传递。尽管实体单元的节点缺少转动自由度,但是如果壳与实体接触的边线有一定的曲率,就可以限制壳体的转动。但是这也或造成连接处较大的应力集中,所以周炬教授不推荐使用,读者只需要明白其中的原因就可明白了为什么不同自由度的单元不通过节点耦合进行连接。(此处感谢石头大佬的解释)
在Mechanical中,设置梁/杆端点与刚才创建的点的接触为焊点。若顶点不显示,可在显示——顶点中勾选显示顶点。
程序会强行在加载点处创建一个网格节点,实体与梁杆自由度不协调,当梁杆承受分离趋势的载荷时,两几何体之间将出现微弱分离,对计算结果有微弱影响。注意点焊是点接触,会在接触表面产出应力奇异。读者需谨慎使用。
:梁与面边重合时,一条梁只能与一个面共节点,如果超过1个面,多余的面将共享失败。如下图壳体周边为梁,两个壳面中间也有一梁,所有几何体采用节点耦合(Form New Part),固定各梁,给两壳面施加法向且相反方向的力,变形如下图,能够正常的看到中间梁只与一边的面节点共享成功,与另一边的面节点共享失败。
右击连接Contacts——插入——连接组。设置连接组属性,注意如果设置边/边=是,设置完成后右击特征树的连接组——创建自动连接,程序将搜索所有的边与边(含线)的重合,生成的接触对将很多,包括了梁与梁接头处,此时必须检查后手动删除多余的接触对,如下图。
针对本例已经采用了Form New Part共节点,我们大家可以不设置边/边=是,而设置面/边=仅限面体边缘,生成后的接触对就只有未共享成功的中间梁与两个面的接触了。建议将每个接触的算法改为收敛性、兼容性更好的MPC方法。
右击特征树中的网格——插入——网格连接组。无需修改属性,右击网格连接组——检测连接,便在其下生成了网格连接。右击网格连接组——生成,即完成了网格节点合并。
注意② 梁端点接触曲面或者梁穿过曲面时,通过DM的Form New Part并不能形成公共节点,要形成公共节点需要用SC中的共享功能。
杆梁端点与面或面顶点虽然能实现节点耦合,但是这样的一种情况下杆梁与壳只有一个耦合节点,当给杆梁施加载荷时,会在壳的耦合处出现应力奇异,如下图梁与壳耦合,固定壳的四边,给梁一个压缩力,在节点耦合处出现了应力奇异现象。
此功能常用于清除网格上的细小特征,使用它来创建点面连接是其高级应用,注意其公差数值的定义。右击网格——插入——收缩,在属性中如下设置。主结构一定要选择面,次结构选择梁顶点。在壳与梁顶点重合处会自动生成网格节点,容差表示初始顶点与面的搜索距离范围。注意通过网格收缩形成的是点接触,会在壳的接触处形成应力奇异。
虽然梁单元节点有6个自由度,而杆单元节点只有3个自由度,但是通过实践证明,它们是能够最终靠节点耦合实现节点共享的。其实这也很好理解,因为杆只能承受拉伸或压缩载荷,横向力或弯矩本来就不能加载和传递的。梁杆—梁杆连接请参考《一线工程师总结Ansys Workbench工程实例之——梁单元静力学分析》和《一线工程师总结Ansys Workbench工程实例之——Link杆单元静力学分析》。