殼體梁
關注創建者：肉多多 創建時間：2019-02-20
殼體梁的實例教程
裝配體、梁模態、殼體梁
來源：超凡仿真
梁殼體的耦合問題小算例
!
前面一篇文章主要講解了桿單元與各類單元連接的基本情況，在很多時候，我們使用梁單元的頻率要遠遠大于桿單元，因而如何處理好梁單元與各類單元的連接是做好仿真模擬的關鍵。
梁單元與桿單元不同之處在于節點除了有平動自由度之外，還附加有轉動自由度。針對2D梁單元，節點具有Ux、Uy以及Rotz三個自由度；針對3D梁單元，節點具有Ux、Uy、Uz以及Rotx、Roty、Rotz以及WaRp(僅Beam18x系列單元)。
板殼單元實際上具有五個自由度，分別為Ux、Uy、Uz以及Rotx、Roty，但很多時候引入了第六個面內轉動Rotz，但值得注意的是該自由度的含義與梁單元的Rotz含義并不相同。
2D實體單元節點自由度僅有Ux、Uy，3D實體單元節點自由度包含Ux、Uy、Uz。
從上面可見，不同單元類型其節點自由度的數目以及含義不一樣，因而在處理單元連接時，需根據實際情況分不同種類來確定其連接方法。但就梁單元而言，與各單元類型的連接可分為如下情況：
1）梁單元與殼、實體單元鉸接；
2）2D梁單元與2D實體單元剛接；
3）3D梁單元與殼單元剛接；
4）3D梁單元與3D實體單元剛接；
本篇介紹梁單元與殼、體單元的鉸接問題。
從上面介紹的三種單元節點自由度類型可見，梁單元與體單元節點的平動自由度物理意義相同，因此如果需實現梁單元與實體單元的鉸接，兩者共用節點即可；也可兩者無共用節點，但具有重合節點時，直接耦合節點的平動自由度。
然殼單元與梁單元的節點自由度除了Rotz有所不同外，其余5個自由度皆具有相同的物理意義，因而當梁單元與殼單元具有公共節點時，可認為是除了Rotz外的一種剛性連接，例如最常見的建筑結構梁板體系的模擬。
展開 按照桿、梁、殼、實體的順序，先說說桿單元與各單元的連接方法。
那么什么時候需要用到桿單元與各種單元的連接呢？水哥稍微列舉下實際工程中需要考慮此類連接的例子。
案例一：工業廠房
此類結構一般橫向跨度較大，屋頂采用鋼結構形式，在具體模擬屋架時，此時各個桿件可看成鉸接，采用桿單元模擬。而下方框架柱則采用梁單元進行模擬，在相交部位則需要用到桿單元與梁單元的連接。
案例二：門廳鋼結構雨棚
在具體模擬該結構時，雨棚上方拉桿采用桿單元模擬，而下方的鋼梁采用梁單元模擬，混凝土框架柱可采用實體單元模擬。
一直以來，桿單元一般用于模擬桁架結構的時候比較多，其特點是桿件兩端不考慮承受彎矩作用，節點只有平動自由度，是所有單元中最為簡單的一種。
桿單元分為2D桿單元和3D桿單元，2D桿單元節點只有Ux和Uy兩個平動自由度，而3D桿單元除了這兩個，還有Uz。其他單元，梁單元、殼單元、體單元都包含了這三個自由度，且具有相同的物理意義，按照前面一篇文章所介紹的連接總則，桿單元與其他單元連接時只需要共用節點即可，無需建立約束方程。
下面是一個簡單的類似雨棚案例，注意本案例各構件尺寸僅為演示操作需要所擬，未經仔細推敲，各工程大佬可忽略。
某屋外雨棚平面簡化模型如上，長度為4m，折算荷載為10 KN/m，雨棚梁采用工字型鋼I40，系桿截面面積為238.64mm^2，材料均為Q235，采用ANSYS模擬該結構。
下面為建模過程
!=================
finish
/clear
/filname,gandanyuan
!==========
/prep7
!材料參數定義
!
展開 眾所周知，大型梁和殼結構的連接處理是一項非常繁瑣和耗時的工作。該技術對于處理大型的殼體和梁組件自動連接以及網格級自動焊縫創建，與傳統方法相比，大大縮短了前處理時間，為城市建筑、海洋平臺和造船等行業提供了行業領先的解決方案。
BatchConnections，又稱網格批量連接技術，是ANSYS的專利技術。該功能主要用于實現由殼和梁組成的裝配結構的批量連接，且可以使用修復拓撲在網格級別上修改模型小特征。使用該功能首先需要在mesh全局控制中，打開meshbased connection功能，如圖所示。
在Batch connections中，如上圖所示，2022R1版本中新增了triangle reduction功能，可以控制不同程度（None、Conservative、Aggressive）減少三角形網格的數量。默認選項為“Conservative”，保守地減少靠近邊界的三角形數量。Aggressive，更進一步地通過移除內部三角形和邊界三角形網格從而減少整體三角形網格數量。因此，Aggressive比Conservative能減少更多的三角形網格。如圖所示對比：
Batch Connections功能打開的前提下，接下來我們可以使用Connect、Washer、Deviation、Weld、RepairTopology 等功能實現梁殼模型的連接、控制和改善。
Connect：顧名思義，主要作用是通過探測網格容差的方法形成共節點網格。共節點網格形成后，可以通過顯示中的mesh connection—>by body connection查看是否成功，如右圖中節點相互連接處顯示玫紅色即為共節點的網格。
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殼體梁的最新內容
使用dyna進行結構沖擊建議10個月前
CONTROL_SHELL）
- 實體單元選擇：避免或盡量減少使用四面體、五面體（見*CONTROL_SOLID）
// *CONTACT
- 僅使用帶“_AUTOMATIC”的接觸類型，*CONTACT_AUTOMATIC_SINGLE_SURFACE
- 將可選卡A上的 SOFT 設置為 1
- 對于角（銳邊）表面的接觸處理，SOFT=2通常非常有效
- 對于有問題的殼體邊緣到殼體邊緣或梁到梁的接觸情況
可分析單元也擴展了梁、殼體、彈簧、質量、阻尼等不同的單元類型，從而支持用戶進行更全面的有限元分析仿真校核。
該技術對于處理大型的殼體和梁組件自動連接以及網格級自動焊縫創建，與傳統方法相比，大大縮短了前處理時間，為城市建筑、海洋平臺和造船等行業提供了行業領先的解決方案。
BatchConnections，又稱網格批量連接技術，是ANSYS的專利技術。該功能主要用于實現由殼和梁組成的裝配結構的批量連接，且可以使用修復拓撲在網格級別上修改模型小特征。
縱梁爲殼體次要銜接部件，裝置在橫向兩頭一排立柱上。縱梁單件吊裝，裝置前復查柱頭的間距、對角，就位找正后停止焊接。 殼體全部裝置、焊接終了，請求驗收。泊頭科凈環保設備有限公司
如圖所示：
四種PCB板中考慮trace的仿真方法
總結：2020R2新版本中通過設置梁模型或者殼體模型為reinforcement，可以非常方便地考慮工程中加強筋或者加強膜結構對整體模型的影響，提高仿真精度的同時也提升了不熟悉APDL用戶的仿真效率。
將具有加強筋作用的梁或者殼體，通過emodify，修改為具有加強單元截面屬性的MESH200單元
cmsel, s, rebars, elem ! Select the name selection "rebars"
emodify, all, type, etype_id !
整個的邏輯如下圖所示：
1.3 Abaqus的常用幾何非線性單元分類
Abaqus所有單元都支持幾何非線性，由于Abaqus單元類型太多，我們只列出最常用的梁殼體而且因為iSolver編程而研究過的幾種單元，按幾何非線性的兩個大類分類如下：
類型
小應變
大應變
梁單元
B33，B23
B31，B21
殼單元
S4R5、STRI3
綜上，以上幾種模型的最大變形以及殼體內側最大應力強度差不均不大；而殼體外側最大應力位于殼體與支撐梁連接處，為局部應力集中，因此有一定的區別，實際的真實模型由于焊縫的存在，并不會產生這樣的應力集中。
若是對整體模型進行強度校核，上述方法均適用；若考慮局部應力，應補充建立包含焊縫在內的三維實體模型進行局部校核。
激活這一選項時，接觸距離從單元的頂面或底面計算，且：
¨ 對于剛體-柔性體接觸，ANSYS 自動將接觸面移動到梁/殼體單元的頂面或底面處。
¨ 對于柔性-柔性接觸，ANSYS 自動移動屬于梁/殼體單元的接觸面和目標面。
在創建幾何模型時，如果未來要考慮厚度，注意可以對接觸面或目標面或二者進行偏移。
裝配體、梁模態、殼體梁
來源：超凡仿真
