shell單元與solid單元結(jié)點耦合

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結(jié)點的自由度耦合

    SOLID95 單元的每個結(jié)點具有三個自由度：UX, UY, UZ，而SHELL93 單元的每個結(jié)點具有六個自由度：UX, UY, UZ, ROTX, ROTY, ROTZ。僅僅經(jīng)過布爾操作使得在內(nèi)板與外壁保證在連接處共線是不能夠完全連接單元結(jié)點自由度的，以下的算例驗證了這點。

    在ANSYS 軟件中可以采用耦合與約束方程來實現(xiàn)不同類型單元的連接，就本文的模型，由于外壁與內(nèi)板連接處結(jié)點過多，而且很難保證外壁結(jié)點與內(nèi)部結(jié)點的一一對應(yīng)，所以該方法實際操作起來很困難。

   本文提出一個方便實用的操作方法，既能保證在連接處結(jié)點的自由度完全連接，又能方便建模。如圖1 所示，在柵板與外壁連接處用divide 命令將外壁分為兩部分，將外壁兩部分的交界面也用SHELL93 單元劃分網(wǎng)格，同時保證交界面上的SHELL93 單元的結(jié)點與體單元SOLID95 的結(jié)點一一對應(yīng)，如圖2 所示。經(jīng)過這樣處理后，在交界面上的SHELL93 單元結(jié)點與SOLID95 單元結(jié)點的自由度一致，由此可以保證內(nèi)板與外壁連接處的結(jié)點的自由度保持一致。

         圖1 分割外部圓筒                         圖2 交界面網(wǎng)格劃分

算例驗證

只保留2 mm 厚的外部圓筒與2 mm 厚的內(nèi)部柵板來建立驗證算例模型，如圖3 所示：

算例A：外壁與內(nèi)板同為Area，用SHELL93 單元劃分網(wǎng)格。

算例B：外壁與內(nèi)板同為Volume，用SOLID95 單元劃分網(wǎng)格。

算例C：外壁為Volume，用SOLID95 單元劃分網(wǎng)格；內(nèi)板為Area，用SHELL93

單元劃分網(wǎng)格。兩者保證在連接處共線。

算例D：模型與算例C 一樣，但采用上文提出的處理方法來劃分網(wǎng)格。

邊界條件為外壁圓筒兩端固定，進行模態(tài)分析。四個算例前10 固有頻率比較如圖4 所示：

結(jié)論

由上圖可知算例C 與其他三個算例的頻率值偏差較大，其主要原因是交界處SHELL93 單元的三個自由度ROTX, ROTY, ROTZ 沒有被約束，能量耗散，導(dǎo)致頻率值偏低。而算例D 與算例A 和算例B 基本一致，尤其與算例A 比較吻合。由此可以證明本文的處理SHELL93單元與SOLID95單元自由度連接的方法是正確的。