【問題描述】

梁的尺寸如圖所示，在梁的2000*300表面上作用有大小為1MPa的壓力，兩端是直徑為150mm的圓柱面為支撐表面，要分析其應力和變形情況。

【問題分析】

（1）該結構左右對稱，只取一半分析。

（2）中間空心部分使用殼單元，邊上實心部分使用實體單元。

（3）上述兩種單元需要建立連接關系。實心單元每個節點有3個自由度，而殼單元每個節點有6個自由度，如何建立連接關系呢？ANSYS提供了SHSD命令來建立這種連接。要使用該命令，首先需要創建接觸對，并且要對目標-接觸單元的關鍵字進行設置。下面的絕大多數操作都是圍繞該命令進行的。

【求解步驟】

1.前處理

1.1 創建單元

/PREP7
ET,1,SOLID187
ET,2,SHELL181
ET,3,TARGE170
KEYOPT,3,5,1
ET,4,CONTA175
KEYOPT,4,2,2
KEYOPT,4,12,5

上述命令分別定義了4種單元。

第1種是實體單元，第2種是殼單元，他們分別用于建模上述梁的實體部分和空心部分。

第3-4種則是用于模擬接觸部分，就是實體與空心的接觸部分。

這里對于這兩種單元均設置了關鍵字，這些關鍵字的設置是使用后面的命令“SHSD”所必須的。

1.2 創建實常數

R,1,0.02
R,2
R,3
R,4
R,5

這里創建了5個實常數。

第1個實常數用于定義空心梁的厚度

第2-5個實常數分別用于定義4個接觸對。

1.2 創建材料類型

MP,EX,1,2e11
MP,PRXY,1,0.3

上述命令定義了材料的彈性模量和泊松比。

1.3 創建中間的空心梁

/VIEW,1,1,1
BLOCK,-0.14,0.14,-0.14,0.14,0,0.98
VDELE,1,,,0
ADELE,1,2,1,1

上述命令首先創建了一個長方體，

然后刪除了體本身，留下構成長方體的面，線和關鍵點。

最后又刪除了兩端的面。

結果如下圖。

1.4 創建空心梁與實心梁的連接部分

BLOCK,-0.15,0.15,-0.15,0.15,0.98,1

上述命令創建了實心梁和空心梁的聯接部分，是一塊實心板。

1.5 創建左邊的實心梁
K,20,0,0,0.98
K,21,0,0.1,0.98
K,22,0,0.1,1
K,23,0,0.075,1
K,24,0,0.075,1.3
K,25,0,0,1.3

上述命令創建了左邊實心梁截面上的關鍵點。

LSEL,NONE
L,20,21
L,21,22
L,22,23
L,23,24
L,24,25
L,25,20
LFILLT,27,28,0.025

然后將關鍵點連接成線。

AL,ALL
VROTAT,11,,,,,,20,25

接著將線圍成面，再選擇該面形成體。

ALLS

VOVLAP,ALL

接著選擇前面的兩個體，將它們交疊在一起。此時左邊的兩個實體已經連接好。

1.6 劃分網格

AATT,1,1,2
ESIZE,0.02
MSHAPE,0
MESHKEY,1
AMESH,3,6,1

上述命令對中間空心梁劃分網格。

VATT,1,1,1
ESIZE,0.0175
SMARTSIZE,5
MSHAPE,1
MSHKEY,0
VMESH,ALL
ALLS

上述命令對左邊實心部分劃分網格。

1.7 創建第1個接觸

ASEL,S,,,47
NSLA,S,1
TYPE,3
REAL,2
ESURF
ALLS

LSEL,S,,,5
NSLL,S,1
TYPE,4
REAL,2
ESURF
ALLS

上述命令首先選擇了空心梁與實心部分交接的那個面如下圖

然后選擇了空心梁與上述面連接處的底邊線

在二者之間建立接觸，并在此處創建了目標-接觸單元

下面的1.8-1.10依次在空心梁的左端面的另外三根線與上述實心梁的交界面創建接觸對。

1.8 創建第2個接觸

ASEL,S,,,47
NSLA,S,1
TYPE,3
REAL,3
ESURF
ALLS

LSEL,S,,,6
NSLL,S,1
TYPE,4
REAL,3
ESURF
ALLS

上述命令在此線和上述面之間建立接觸對

創建的接觸對如下

1.9 創建第3個接觸

ASEL,S,,,47
NSLA,S,1
TYPE,3
REAL,4
ESURF
ALLS

LSEL,S,,,7
NSLL,S,1
TYPE,4
REAL,4
ESURF
ALLS

上述命令在此線和上述面之間建立接觸對

創建的接觸對如下

1.10 創建第4個接觸

ASEL,S,,,47
NSLA,S,1
TYPE,3
REAL,5
ESURF
ALLS

LSEL,S,,,8
NSLL,S,1
TYPE,4
REAL,5
ESURF
ALLS

上述命令在此線和上述面之間建立接觸對

創建的接觸對如下

1.11 生成附加的虛擬殼單元

SHSD,2,CREATE

該命令是關鍵命令，它用于創建殼-實體裝配中的殼-實體接口。

其含義是對于2號實常數所定義的接觸對，創建其殼-實體接口。

2號實常數所定義的接觸對，就是下圖所示的接觸對

運行上述命令后，ANSYS在接觸線處創建了虛擬的殼單元

并在虛擬單元的每個節點處（如果此處沒有沒有接觸單元的話）創建了新的接觸單元。

通過這種方式，在實體和殼單元之間建立了關系。
SHSD,3,CREATE
SHSD,4,CREATE
SHSD,5,CREATE

FINISH

上述命令依次在其它三處創建這種連接關系，

然后退出前處理。

2.求解

2.1 設置邊界條件

/SOLU
ASEL,S,,,21,27,6
ASEL,A,,,15,33,18
NSLA,S,1
D,ALL,ALL
ALLS

上述命令約束了實體圓柱面上所有節點的所有位移。

NSEL,S,LOC,Z,0
D,ALL,UZ
ALLS

上述命令對軸的對稱面設置對稱面上非零位移約束。

SFA,4,2,PRES,-1E6*3/2.804
SFA,8,1,PRES,-1E6*3/2.804

上述命令給梁的頂面施加均布載荷。

2.2 求解
SOLVE
FINISH

上述命令進行計算。

3.后處理

/POST1
PLNSOL,S,EQV,0,1

上述命令查看等效應力云圖

可見，最大應力在結合處，為202MPa.隨著此處網格的加密，該應力應該會進一步增加。