mpc單元ansys
關注創建者：王靖雯 創建時間：2023-03-07
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基于ANSYS的實體單元扭矩施加方法(用若干對力代替力偶)
由于ANSYS中不能直接對實體單元施加力矩，傳統方法采用若干對力偶來代替扭矩，該方法容易導致局部應力集中；改進的方法引入一些特殊單元如rbe3單元、mpc184單元、mass21單元等，通過引入這些特殊單元，能夠比較好的實現扭矩的施加，但是特殊單元的引入又改變了整體剛度矩陣。為了解決由于引入特殊單元而導致影響整體剛度矩陣的問題，有學者等提出采用接觸單元能夠很好的解決扭矩的施加問題。
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基于ANSYS的實體單元扭矩施加方法總結
由于ANSYS中不能直接對實體單元施加力矩，傳統方法采用若干對力偶來代替扭矩，該方法容易導致局部應力集中；改進的方法引入一些特殊單元如rbe3單元、mpc184單元、mass21單元等，通過引入這些特殊單元，能夠比較好的實現扭矩的施加，但是特殊單元的引入又改變了整體剛度矩陣。為了解決由于引入特殊單元而導致影響整體剛度矩陣的問題，有學者等提出采用接觸單元能夠很好的解決扭矩的施加問題。
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Ansys針對這類工程問題提供模態綜合法（CMS）利用超單元，將非關鍵部件進行縮減計算。
本文根據查閱到的網絡資料，對超單元縮減計算如何在Ansys Workbench 中實現，進行了介紹。
示例：
工業設計產品需要模擬工作環境進行振動試驗，產品本身結構已經很復雜，再加上工裝往往是一個更大的結構。
你是否在綁定接觸公式嘗試從純罰函數（Pure Penalty）更改為基于MPC的綁定？你是否知道這意味著什么？你是否曾想過該何時使用它？
在多個版本的 ANSYS MAPDL和ANSYS Mechanical（Workbench）中，已經可以選擇將運動學多點約束（或MPCs）用于線性接觸公式。
我們關注CAE中的結構有限元，所以主要選擇了商用結構有限元軟件中文檔相對較完備的Abaqus來研究內部實現方式，同時對某些問題也會涉及其它的Nastran/Ansys等商軟。為了理解方便有很多問題在數學上其實并不嚴謹，同時由于水平有限可能有許多的理論錯誤，歡迎交流討論，也期待有更多的合作機會。
4.2 Abaqus的實現方式
Abaqus的關鍵詞中inp的MPC中已經消除了這個單元號，如下圖，Abaqus如果是按單元來實現的話應該會在inp關鍵詞中反應，譬如質量點，雖然Abaqus/CAE上是inertia設置，但inp依然是Element關鍵詞，也會設置單元類型為MASS，但MPC猜測沒有這么做，而是把Master點和Slave點的關系寫到了關系矩陣中，在組裝全局剛度陣時將關系式單獨寫到全局剛度陣中
5 更大統一形式的有限元的約束關系
MPC、接觸等都是某部分節點和另一部分節點之間的關系，那么有限元中梁、殼、體普通的單元是什么呢？從更大的統一形式來說，這些普通單元也僅僅是節點之間的約束關系而已，只不過這個關系可能更加復雜點。
以兩節點梁單元為例。
此時，每個節點6個自由度，那么單元剛度陣K為12X12的矩陣。
實體單元和殼單元之間的連接是ANSYS中常見的問題。即使兩種單元之間共節點，但單元之間不連續（實體單元每個節點有3個平動自由度，而殼單元每個節點有3個平動自由度和3個轉動自由度），對于兩種單元之間面面接觸，可直接定義剛域，本文主要采用MPC法對實體-殼單元的連接方法進行說明。
1 單元類型
算例模型中，實體單元采用SOLID45，殼單元采用SHELL63，接觸位置不共節點。
利用ANSYS軟件進行有限元分析計算，采用ANAND本構模型描述焊錫的黏塑性行為，采用基于接觸的多點約束( Multi-point Constraint，MPC) 算法實現焊錫層與功能層的跨尺度自由度耦合。計算結果表明，焊接順序對模塊殘余應力影響較小，各功能層的選材需要綜合考慮模塊變形及應力安全裕度。
3.有限元模型介紹
整車模型主要采用殼單元模擬，主要設備（如空調、變流器等）采用質量點模擬，設備與車體的連接通過MPC約束模擬。模型共包括殼單元1222916個，質量單元6個。
建模
NASA Rotor 67風扇葉片盤的單扇區模型在默認設置下用SOLID186單元劃分網格：
葉盤和葉片幾何結構分別劃分網格。葉片和葉盤之間形成接觸對。
接觸建模
為葉盤和風扇葉片之間的接觸定義了一個粘結的面-面接觸對（使用基于MPC的算法）：
接觸表面用CONTA174接觸單元劃分網格。目標表面用TARGE170目標單元劃分網格。
在計算機內部，Ansys創建遠程點和被選幾何區域的綁定接觸(Bonded)。
接觸單元的目標單元(控制節點)和節點通過多點約束方程法(MPC)計算處理。
接觸節點的位移依賴于控制節點的約束自由度。
打開案例模型中分析系統I，打開視頻學習更多關于遠程點的行為選項知識。
五.
