ansys半刚接模拟

2017-03-05 by:CAE仿真在线来源:互联网

一般根据实际情况接合点使用刚接或者铰接,但是有些情况却需要使用介于两者之间的一种接合,称作半刚接。说它是铰接,但是它却能承受矩的作用,说它是刚接,但是它在对应矩作用下的变形却并非如此。这种连接设置通常用在脚手架等扣件结构中,如下图所示:

这种结构在柱与横梁之间能够以一定的刚度传递不同方向的矩。因此要准确模拟这种结构需要知道各个方向上的等效转动刚度。下面我就在ansys之中如何模拟这一结构进行简易的说明。(由于仅仅是做简易说明,因此模型相当简易,并且各参数定义比较随便)

模拟问题

上述模型中,A,C全约束,D点施加一个绕柱方向1N的力,B处使用半刚接模拟,试求在该工况下该梁柱的变形以及内力图。

几何模型

柱长2m,横梁长1m,截面为内径0.02m,外径0.03m的管材。模型建立很简单,但是要注意,B处由于要模拟半刚接,因此柱AC与横梁BD在B处并不是共节点的,因此B除需要建立两个关键点,一个位于柱上,另一个位于横梁上。

单元选择与关键字

由于需要绘制内力图,因此选择高阶梁单元beam189来模拟横梁与柱。半刚性使用弹簧阻尼单元combine14来模拟,由于需要建立三个方向的转动刚度,因此选择建立三个弹簧单元,分别设定关键字为4,5,6,也即分别具有rotx,roty,rotz方向上的自由度,如下:

弹簧单元实常数

k是指弹簧刚度,cv1与cv2是阻尼方面的参数(这里不进行说明),ilen与ifor是设置扭转弹簧的初始转动圈数和初始扭矩,这两项在有预紧的情况下根据实际情况设置,上述只设置了1N.m的转动刚度。

梁柱截面与材料

截面参数在section里面进行定义,材料就使用普通的低碳钢理想线弹性材料,弾性模型2e11Pa,泊松比0.3

梁柱节点耦合

由于横梁与柱之间只考虑转动刚度,平动自由度是完全传递的,因此需要耦合B处柱与衡量的三个方向平动自由度。使用方式如下:

然后在弹出的对话框中设置需要耦合的自由度,分别耦合三个方向自由度即可。

弹簧单元建立

选择相应弹簧单元及其属性以后,利用重合处的两个节点建立三个方向上的弹簧单元。

约束与加载

上述有限元模型建立完成以后,分别按前面所述工况设置柱的上下节点全约束,横梁外伸处端点施加一个沿柱坐标系下的切向力,大小1N(需要提前将该处节点坐标系旋转至柱坐标系下)

求解设置

如果需要后续提取曲线就设置一定的子步数并且全输出,这里只用分析受力图,因此不做处理。大变形在该分析中也可以不用打开。

后处理

横梁转动位移云图

和预测结果一样,在1N.m的切向力作用在1N.m的扭转弹簧上,横梁转动角度应该是1弧度。

柱扭矩图

由于柱的上下施加的是对称的全约束,中间施加1N.m的扭矩,为了保持几何协调方程,因此扭矩图应该是反对称,且上下数值大小均为0.5N.m。

整体弯矩图

从上面分析结果可以看出,分析结果和理论完全一致,说明弹簧单元的半刚性设置的确起到了应有的效果。当然,该分析中弹簧单元可以扩展到局部坐标系,也可以扩展到非线性弹簧单元。整体结果也可以扩展到更复杂的结构。不过如果要建立大型半刚接的话,最好使用命令流相关语句进行操作,会节省大量时间。

最后再啰嗦一句,一个例子不只是一个例子。知道如何对一个简单的例子进行核心思想的提取然后进行无限的拓展也是学习有限元很重要的一个能力。

由于水平有限,文章中难免有错误。特别感谢能指出错误并且互相交流的朋友,这也是我们不断学习的动力。

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