hypermesh-ansys聯(lián)合仿真-《梁?jiǎn)卧?》

刺殺泊松比

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前文已經(jīng)通過(guò)《hypermesh-ansys聯(lián)合仿真-基本步驟1》系列詳細(xì)說(shuō)明了hypermesh與ansys聯(lián)合仿真時(shí)的基本過(guò)程，下面通過(guò)一列文章按照單元類(lèi)型分別介紹不同單元類(lèi)型的建模方法以及使用這些單元時(shí)需要注意的問(wèn)題，當(dāng)忽略這些問(wèn)題時(shí)往往會(huì)造成較大的誤差甚至錯(cuò)誤。

梁?jiǎn)卧?jiǎn)介

當(dāng)結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度方向尺寸明顯大于截面尺寸時(shí)（常常設(shè)定為10:1），我們可以將結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化為一維的梁?jiǎn)卧啾扔谌S的實(shí)體單元可以在保證求解精度的情況下大大降低計(jì)算量。ANSYS中3D分析中的梁?jiǎn)卧饕捎肂eam188和Beam189，均被默認(rèn)為鐵摩辛柯（Timoshenko）梁?jiǎn)卧摷僭O(shè)認(rèn)為變形后橫截面保持平面且不發(fā)生扭曲，可以計(jì)算彎曲、拉壓、扭轉(zhuǎn)并且考慮剪切變形的影響，兩種梁?jiǎn)卧梢詽M足大多數(shù)工程問(wèn)題。

Beam188 單元具有I和J兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)有6-7個(gè)自由度。在高版本中可以通過(guò)KEYOPT(3)選擇插值函數(shù)，默認(rèn)KEYOPT(3)=0，單元在梁長(zhǎng)度方向只有一個(gè)積分點(diǎn)，因此在采用SMISC獲取節(jié)點(diǎn)I和J的結(jié)果時(shí)，以重心的結(jié)果表示兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的結(jié)果，導(dǎo)致彎矩圖呈現(xiàn)鋸齒狀；如果KEYOPT(3)=2，ANSYS采用增加一個(gè)內(nèi)部節(jié)點(diǎn)（用戶(hù)無(wú)法訪問(wèn)）沿著梁長(zhǎng)設(shè)置兩個(gè)積分點(diǎn)，這樣彎矩圖沿著梁線性變化不再呈鋸齒狀。當(dāng)KEYOPT(3)=2時(shí)除了初始幾何為直線（不管是否采用二次插值）和不能訪問(wèn)增加的節(jié)點(diǎn)外其他和Beam189相同。目前2019版本的Hypermesh可以為ANSYS求解器設(shè)置線性插值、二次插值和三次插值。Beam188單元支持線性分析，大轉(zhuǎn)動(dòng)、大應(yīng)變等非線性分析，支持彈性材料定義，塑性、蠕變以及其余非線性材料定義。

hypermesh-ansys聯(lián)合仿真-《梁?jiǎn)卧?》的圖1 梁?jiǎn)卧P(guān)鍵字

Beam188 提供了單元選項(xiàng) K1、K2、K3、K4、K6、K7、K9、K11、K12 和 K15，其中 K3 是比較重要的設(shè)置選項(xiàng)，用于確定單元的插值函數(shù)。Hypermesh中為ANSYS的Beam188單元提供了3種選項(xiàng)：線性插值函數(shù)（K3=0），默認(rèn)選項(xiàng)；二次插值函數(shù)（K3=2）；三次插值函數(shù)（K3=3）。建議設(shè)置單元選項(xiàng) K3=3，這是因?yàn)榱旱臋M向彎曲變形模式為三次多項(xiàng)式，設(shè)置單元形函數(shù)為三次式，有助于獲得更準(zhǔn)確的解答，在《正確選擇梁?jiǎn)卧约叭绾慰紤]梁的剪切變形》一文中已經(jīng)做了詳細(xì)介紹，與采用很密的網(wǎng)格相比，梁?jiǎn)卧捎酶呒?jí)形函數(shù)在提高計(jì)算精度上效率更高。

Beam188和Beam189均可以通過(guò)KEYOPT(1)=1開(kāi)啟單元的第七個(gè)自由度，即翹曲自由度。其他關(guān)于單元關(guān)鍵字的設(shè)置參考《ANSYS結(jié)構(gòu)分析單元與應(yīng)用》或者ANSYS幫助文檔。如圖在Hypermesh中通過(guò)添加sensor來(lái)定義單元類(lèi)型和設(shè)置單元的關(guān)鍵字 ,當(dāng)鼠標(biāo)停留在相應(yīng)關(guān)鍵字上時(shí)會(huì)顯示該關(guān)鍵字的解釋?zhuān)催x相應(yīng)關(guān)鍵字后會(huì)在下拉框顯示全部的選項(xiàng)。

hypermesh-ansys聯(lián)合仿真-《梁?jiǎn)卧?》的圖2

梁截面

橫截面定義了垂直于梁軸向的截面形狀。Hypermesh2019為ANSYS求解器預(yù)設(shè)了10種常用的標(biāo)準(zhǔn)梁截面，用戶(hù)通過(guò)編輯尺寸即可。也可以通Hypermesh2019自定義shell section和solid section梁截面以及廣義梁截面，廣義梁截面通過(guò)定義截面屬性來(lái)確定梁的參數(shù)，前面提到的截面是通過(guò)定義截面幾何尺寸來(lái)定義梁的參數(shù)。

在hypermesh中定義的步驟是先在HyperBeam View中定義梁截面然后切換回到Model通過(guò)Properties建立屬性來(lái)連接到前面定義的梁截面，再將屬性賦給對(duì)應(yīng)的Component。在設(shè)置有方向性的梁截面時(shí)要十分小心梁截面的方向，保證與實(shí)際的梁方向一致，這一點(diǎn)非常重要，將在后續(xù)文章介紹。

hypermesh為ANSYS創(chuàng)建梁?jiǎn)卧?/a>的基本流程

1.快速建立圓形截面梁

在Model下右擊Components建立一個(gè)新的component并命名為beam，然后分別建立材料卡片、截面屬性卡片和單元卡片，分別命名為steel、section和beam188。為材料卡片設(shè)置好材料參數(shù)，選擇打開(kāi)單元關(guān)鍵字Keyopt3并切換為三次。

鼠標(biāo)左鍵單機(jī)選中section屬性卡片，正下方出現(xiàn)對(duì)應(yīng)section的設(shè)置框，Card Image選擇SECTYPE，TYPE選擇BEAM，SBUTYPE選擇CSOLID（實(shí)心圓形截面），然后在SECDATA欄下設(shè)置半徑R=2.0，其他默認(rèn)，其中N和T分別表示沿圓周和半徑分別劃分的份數(shù)。指定截面的位置為剪切中心（SHRC）如下圖。設(shè)置好屬性卡片后分別賦予component>beam即可。

選擇component>beam作為當(dāng)前，開(kāi)始建立幾何。這里需要建立一條線體來(lái)表示一維的梁。將面板切換到Geom，點(diǎn)擊nodes通過(guò)坐標(biāo)分別新建兩個(gè)節(jié)點(diǎn)（0,0,0）和（100,0,0）。

返回到上一級(jí)面板，點(diǎn)擊lines，通過(guò)兩點(diǎn)新建一個(gè)線。

返回到上一級(jí)面板，切換到1D面板，點(diǎn)擊line mesh開(kāi)始將線劃分網(wǎng)格，設(shè)置網(wǎng)格尺寸為2，單元配置選擇bar2，其他默認(rèn)設(shè)置。激活lines按鈕，點(diǎn)擊選中前面新建的線后點(diǎn)擊面板中的mesh，觀察網(wǎng)格效果，確認(rèn)后點(diǎn)擊return完成網(wǎng)格劃分，這里沒(méi)有設(shè)置截面方向，因?yàn)閳A形截面是圓周中心對(duì)稱(chēng)的，任何方向計(jì)算的結(jié)果都是一樣的。該種方法建立的梁?jiǎn)卧⒉荒茱@示三維效果。

2. 通過(guò)HyperBeam View創(chuàng)建圓形截面梁

點(diǎn)擊下圖進(jìn)入HyperBeam View視圖。