導讀：上一篇文章引出了問題：薄壁+實體結(jié)構(gòu)建模，并進行了一些基本的探討，本文主要從殼+實體組合建模方向進行嘗試，其中的核心在于如何連接兩部位防止結(jié)構(gòu)剛度的突變。

03 殼+實體組合建模

說明

為了實現(xiàn)“分區(qū)治理”，首先得選擇截斷部位。由于在彎管處以及圓角處均為明顯的應力集中，為了避免對這兩區(qū)域產(chǎn)生較大影響，截斷部位選擇靠近兩者中心位置：

邊共節(jié)點

要完全傳遞殼體→實體之間的自由度，最容易想到的就是邊線共節(jié)點（殼體厚度向內(nèi)偏置），如圖所示：

稍微有過了解的伙伴可能會知道：一般有限元軟件中殼體的自由度比實體的多，因此單獨邊線連接不能傳遞完全的內(nèi)力。

從局部來說是這樣，但是從整圈來看截面的所有內(nèi)力依然可以全部傳遞，所以正常進行分析是可行的。

按照這種處理方式，提取下結(jié)構(gòu)的應力云圖：

很明顯，雖然正常分析可以進行，但是在局部有比較嚴重的應力集中，已經(jīng)到了影響全局應力的程度。

這里分析原因：應力是局部量，雖然整體內(nèi)力可以傳遞，但是局部的自由度不協(xié)調(diào)依舊會對局部的應力分布產(chǎn)生較大影響，當處于高應力區(qū)尤為明顯。

加載點變形：2.80mm   

彎管處應力：515MPa

問題：過渡處應力集中明顯

面共節(jié)點（鋪面）

既然邊線共節(jié)點容易出現(xiàn)不真實的應力集中，那么自然想到面共節(jié)點是不是就能避免這種現(xiàn)象，如圖所示：

對于鋪面的方式，有向內(nèi)鋪以及向外鋪兩種，顧名思義：內(nèi)鋪就是沿著殼厚度方向鋪，外鋪就是沿著表面鋪，然后實現(xiàn)共節(jié)點連接。

顯然，鋪面這種方式過渡柔順性的核心在于：鋪面的范圍和材質(zhì)。顯然，除非針對結(jié)構(gòu)特別研究過，要不很難確定這兩部分參數(shù)。這里暫定范圍為壁厚，材質(zhì)與殼一致，提取結(jié)果如下：

貌似過渡的還不錯，再仔細看下局部應力分布：

確實，相比于單純的邊共節(jié)點，使用鋪面的方式得到的應力分布也不會那么讓人詫異，但是需要留心的是：根據(jù)鋪的程度不同，問題的表現(xiàn)也不一樣。

內(nèi)鋪/外鋪：

加載點變形：2.712mm/2.707mm

彎管處應力：515MPa/515MPa

問題：操作較為繁瑣，且需要使用合理的鋪面范圍和材料

連接單元

上面采用鋪面的方法好像不錯，但是同時也發(fā)現(xiàn)這樣處理的問題就是操作太麻煩，需要在實體表面布面，因此想到是否可以使用rbex單元代替連接：

注：這里考慮使用rbe3單元，是由于這種柔性的連接方式更貼近于自然的過渡，不會像rbe2一樣剛度突然增加的過于猛烈。

這樣處理的好處在于不需要殼和實體共節(jié)點也不需要多余的處理，它們的牽手由連接單元rbe3完成。對于這種方式提取下應力結(jié)果：

目測效果比上面尺寸下的鋪面要稍微好一些，至少不會出現(xiàn)過于劇烈的變化。但是依然得注意，應力的跳躍是存在的，只是減緩到比較小。

加載點變形：2.67mm

彎管處應力：515MPa

問題：影響程度受兩側(cè)網(wǎng)格尺寸影響

綁定接觸

貌似使用連接單元是一種比較好的辦法了，操作起來非常方便，但是對于hypermesh來說這么處理完全沒問題，有些前處理軟件不一定能支持到這么底層，因此想到了綁定接觸，這種方式通用性較好：

嚴格來講，綁定接觸實現(xiàn)的方式和使用rbe3有點類似但是確實在識別和分配上有一定區(qū)別，本例中結(jié)果基本一致，這里直接提取結(jié)果：

加載點變形：2.68mm

彎管處應力：515MPa

問題：相對于rbe3操作復雜，內(nèi)部機制不便理解和控制

小結(jié)

對于殼+實體建模方式大致做出以下總結(jié)：

① 首先，引入殼單元之后，不可避免會引入單元誤差，實際在本文中已有體現(xiàn)，不管哪種辦法都使得位移值接近2.7mm，與真實的2.8mm有誤差。

注：邊共節(jié)點等于2.8mm，是因為局部不完善的自由度傳遞削弱了剛度彌補了單元誤差，但是這種結(jié)果多偏向于巧合

② 其次，不管哪種方式，其實對于一定距離之外的部位應力影響并不大，所以從某種意義來說，只要結(jié)果不要過于驚為天人都有一定的合理性。

③ 最后，作為個人比較推薦的方法的話是rbe3，主要原因非常方便，帶來的誤差也不是很大。

來源于：仿真求知之路 ，作者ansys-聰聰