ANSYS實用功能解析(二)—End Releases

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現(xiàn)實中的結(jié)構(gòu),很多都存在鉸接。我們使用線體模型來模擬此類結(jié)構(gòu)時,就不能簡單地使用共節(jié)點(diǎn)來處理了。那么,我們該怎么設(shè)置鉸接呢?下面我們通過一個例子來說明一下線體模型設(shè)置鉸接的方法和意義。

筆者之前寫過一篇文章《ANSYS與材料力學(xué)之軸向拉伸和壓縮(四)》中,介紹了這樣一個例子:

ANSYS實用功能解析(二)—End Releases的圖1

本例中,我們使用圖中受力分析使用的坐標(biāo)系,并假設(shè)Z軸垂直于屏幕向外,B、C兩處是固定鉸支座約束,只釋放一個繞Z軸的轉(zhuǎn)動自由度。在設(shè)置約束條件時,我們可以為每點(diǎn)施加一個Simply Supported和一個Fixed Rotation約束,其中Fixed Rotation約束將Rotation Z設(shè)置為Free。A點(diǎn)為兩桿鉸接處,我們需要在此處設(shè)置鉸接,該怎么設(shè)置呢?

方法一: End Release。

如果使用此方法,建模時需要使用share命令將兩根桿進(jìn)行拓?fù)涔蚕?/strong>,即將兩根桿的端點(diǎn)合并為一個點(diǎn)A。

在Project中點(diǎn)擊Connections,選擇End Release,在Details of End Release中,將Scope中的Vertex Geometry選擇為兩桿鉸接點(diǎn)A,Edge Geometry選擇為其中的一根桿,將Definition中的Rotation Z設(shè)置為Free,表示我們釋放Z軸的轉(zhuǎn)動自由度。至此,鉸接設(shè)置完畢。由于我們在建模的時候使用share命令共享了拓?fù)洌颂幦绻覀儾皇褂肊nd Release,在兩桿連接處就不存在相對運(yùn)動,類似于將兩桿焊在一起。

ANSYS實用功能解析(二)—End Releases的圖2

載荷及邊界條件設(shè)置如下圖所示:

ANSYS實用功能解析(二)—End Releases的圖3

在后處理中插入A點(diǎn)的Y方向變形,提取結(jié)果發(fā)現(xiàn)A點(diǎn)位移為1.2945mm。

ANSYS實用功能解析(二)—End Releases的圖4

如果我們不使用End Release,我們采取相同的設(shè)置,求解A點(diǎn)位移為1.2944mm。結(jié)果幾乎相同,點(diǎn)解?

ANSYS實用功能解析(二)—End Releases的圖5

實際上,A點(diǎn)的位移,包括結(jié)構(gòu)的整體變形對于整個結(jié)構(gòu)而言,都是微小的,因此在理論計算的時候,我們也使用了小變形假設(shè)。大家仔細(xì)對比兩次的計算結(jié)果,∠A是不是有所不同: 使用End Release計算的∠A要比不使用End Release計算的∠A要小。這是因為A點(diǎn)往下運(yùn)動,B、C位置不變,設(shè)置了End Release,釋放了兩桿的相對轉(zhuǎn)動,∠A就會變小。讀者可能會想,你這只是肉眼觀察的結(jié)果,有沒有數(shù)據(jù)支撐呢?我們可以提取兩根桿中的彎矩結(jié)果看看。通過下圖我們發(fā)現(xiàn), 不使用End Release時,桿上產(chǎn)生了彎矩,這是因為 在兩桿連接處不存在相對轉(zhuǎn)動。但在這個結(jié)構(gòu)中,桿只有拉力,沒有彎矩。所以, 不釋放兩桿的相對轉(zhuǎn)動是不合理的。在該例子中,由于結(jié)構(gòu)本身變性較小,∠A的變化也很小,才導(dǎo)致了用不用End Release,結(jié)果相差很小這個情況。

ANSYS實用功能解析(二)—End Releases的圖6

End Release詳解:
ANSYS實用功能解析(二)—End Releases的圖7

End Release:對于線體模型,End Release可以幫助我們實現(xiàn)在兩個或多個線體共享的頂點(diǎn)上釋放自由度(平動和轉(zhuǎn)動)。我們可以在線體模型頂點(diǎn)的位置釋放多條線體的約束,但是,必須始終保持至少一條線體不被釋放。

Vertex Geometry:要釋放的端點(diǎn)位置。

Edge Geometry:要釋放的線體模型。

Independent Edges:如果Edge Geometry選擇了多條線體,此功能用來確定Edge Geometry選擇的多條線體彼此之間是否獨(dú)立。
Definition:指定End Release功能所要釋放(free)或者約束(fixed)的自由度。
Behavior:Coupled使用耦合方式(默認(rèn))和Joint添加運(yùn)動副方式釋放自由度。當(dāng)我們使用Joint時,軟件會根據(jù)使用者釋放的自由度形式,在A點(diǎn)添加一個MPC184單元,來實現(xiàn)自由度釋放,如下圖。

ANSYS實用功能解析(二)—End Releases的圖8


我們還會遇到很多需要自由度釋放的問題,比如材料力學(xué)中的含中間鉸的梁問題,讀者可自行嘗試。
至此,本文完畢。

ANSYS實用功能解析(二)—End Releases的圖9

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