ansys多點(diǎn)MPC接觸
關(guān)注創(chuàng)建者：王靖雯 創(chuàng)建時(shí)間：2023-03-07
ansys多點(diǎn)MPC接觸的視頻教程
LS-DYNA鋼筋混凝土梁多點(diǎn)接觸爆炸和空爆模擬
采用LS-DYNA軟件模擬鋼筋混凝土梁結(jié)構(gòu)多點(diǎn)起爆的接觸爆炸和空中爆炸（空爆）。前處理建模采用ANSYS19.0經(jīng)典界面，導(dǎo)出K文件后的操作及所有關(guān)鍵字設(shè)置均在ls-prepost軟件進(jìn)行，較適合對(duì)關(guān)鍵字格式和參數(shù)不熟悉的朋友學(xué)習(xí)。
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基于ANSYS的實(shí)體單元扭矩施加方法總結(jié)
由于ANSYS中不能直接對(duì)實(shí)體單元施加力矩，傳統(tǒng)方法采用若干對(duì)力偶來代替扭矩，該方法容易導(dǎo)致局部應(yīng)力集中；改進(jìn)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(shí)現(xiàn)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(dǎo)致影響整體剛度矩陣的問題，有學(xué)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(shí)體單元扭矩施加方法(用若干對(duì)力代替力偶)
由于ANSYS中不能直接對(duì)實(shí)體單元施加力矩，傳統(tǒng)方法采用若干對(duì)力偶來代替扭矩，該方法容易導(dǎo)致局部應(yīng)力集中；改進(jìn)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(shí)現(xiàn)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(dǎo)致影響整體剛度矩陣的問題，有學(xué)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多點(diǎn)MPC接觸的實(shí)例教程
你是否在綁定接觸公式嘗試從純罰函數(shù)（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(shí)使用它？
在多個(gè)版本的 ANSYS MAPDL和ANSYS Mechanical（Workbench）中，已經(jīng)可以選擇將運(yùn)動(dòng)學(xué)多點(diǎn)約束（或MPCs）用于線性接觸公式。在MAPDL中，該設(shè)置相對(duì)隱藏在KEYOPT(2)之下，但在Mechanical的“Details”菜單中的“Formulation” 下拉菜單中很容易找到。
在我們深入探討使用多點(diǎn)約束接觸的優(yōu)勢(shì)之前，讓我們先回顧一下默認(rèn)（純罰函數(shù)）粘結(jié)的含義。粘結(jié)接觸是一種基于接觸連接的線性形式。兩個(gè)物體之間基于線性罰函數(shù)的接觸連接必須在一個(gè)物體上有接觸單元，在另一個(gè)物體上有目標(biāo)單元。接觸單元和目標(biāo)單元就像一層皮膚一樣位于每個(gè)物體實(shí)體單元的外表面上。
接觸單元和目標(biāo)單元沒有實(shí)際的自由度，它們依附于所連接的實(shí)體單元。在每個(gè)載荷增量的開始，接觸單元會(huì)搜索在其關(guān)注范圍內(nèi)的任何目標(biāo)單元，該范圍由接觸對(duì)的 “pinball radius”（搜索半徑）設(shè)置定義。接觸單元在法向具有剛度，該剛度定義了兩個(gè)物體之間的連接。你可以把接觸單元想象成一種膠水，將物體粘在一起。這種膠水的剛度就是法向接觸剛度。所以，盡管有“粘結(jié)”的定義，但兩個(gè)物體之間的連接仍然存在一定的柔性，如下所示，一個(gè)簡(jiǎn)單測(cè)試模型的接觸剛度與產(chǎn)生的間隙的關(guān)系圖說明了這一點(diǎn)：
相比之下，用于粘結(jié)接觸的MPC公式不會(huì)為連接計(jì)算剛度。MPC連接在接觸面上和目標(biāo)面上的實(shí)體單元之間使用剛性約束方程，以實(shí)現(xiàn)真正的粘結(jié)連接。連接位置仍然使用接觸單元的搜索半徑確定，但在此之后，接觸單元將被內(nèi)部約束方程所取代。
展開 MPC方法是指利用接觸單元和技術(shù)，由ANSYS根據(jù)接觸運(yùn)動(dòng)自動(dòng)建立約束方程。
采用MPC方法可以定義各種裝配接觸和運(yùn)動(dòng)約束。
采用MPC方法可以實(shí)現(xiàn)不連續(xù)且自由度不協(xié)調(diào)的網(wǎng)格之間的連接、不同單元類型之間的連接等目的。比如說：實(shí)體-實(shí)體裝配；殼-殼裝配；殼-實(shí)體裝配；梁-實(shí)體裝配；梁殼裝配
筆者在日常在做一些有限元分析的時(shí)候，經(jīng)常會(huì)碰到由于面和面或者體和體之間的連接面不一致而導(dǎo)致不能用映射網(wǎng)格，若非要映射網(wǎng)格則需要大量的切分工作，但切分之后線和線的網(wǎng)格數(shù)量是要匹配的，因此對(duì)于網(wǎng)格疏密不同的連接地方很不好處理。比如對(duì)下圖一個(gè)模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分。(當(dāng)然這里要求六面體網(wǎng)格）
MPC具體用法流程其實(shí)很簡(jiǎn)單，但其功能強(qiáng)大，至于使用流程僅簡(jiǎn)單介紹：（1）定義裝配邊界為接觸單元和目標(biāo)單元，設(shè)置單元的KEYOPT來指定采用MPC的接觸算法，也是通過KEYOPT來指定具體的裝配類型，最常見的就是綁定接觸約束。有需要讀者可以在公眾號(hào)后臺(tái)私信郵箱獲取案例命令流進(jìn)行學(xué)習(xí)交流。
這里重點(diǎn)給出四個(gè)案例來詳細(xì)說明一下MPC方法的使用和優(yōu)點(diǎn)：
案例一：不同單元與網(wǎng)格之間的裝配
案例二：網(wǎng)格疏密不同的變截面懸臂梁
案例三：帶懸臂板的曲殼
案例四：殼與實(shí)體單元裝配
案例一：在復(fù)雜的模型中，經(jīng)常根據(jù)需要采用不同階單元且網(wǎng)格疏密也不同，以便采用較小的求解花費(fèi)而獲得滿意的結(jié)果。雖然將幾何切分，采用不同的單元類型和網(wǎng)格尺寸來控制，也可以達(dá)到目的，但采用MPC方法會(huì)更加方便。
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ansys多點(diǎn)MPC接觸的最新內(nèi)容
10 月 24 日（周五）下午，Ansys 總部院士朱永誼博士首次線下開講，帶來四大“黑科技”：
1
混合多點(diǎn)約束
“一個(gè)接觸對(duì)”自動(dòng)識(shí)別固體-殼任意組合，依局部幾何秒選最優(yōu)約束，無需手動(dòng)修正偏移或?qū)R法向，前處理更省力，結(jié)果更精準(zhǔn)。
你是否在綁定接觸公式嘗試從純罰函數(shù)（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(shí)使用它？
在多個(gè)版本的 ANSYS MAPDL和ANSYS Mechanical（Workbench）中，已經(jīng)可以選擇將運(yùn)動(dòng)學(xué)多點(diǎn)約束（或MPCs）用于線性接觸公式。
現(xiàn)在Abaqus、LS-DYNA、Ansys等結(jié)構(gòu)商軟都說可以處理復(fù)雜的上萬零部件接觸的整車、整機(jī)等模型仿真，沒做過實(shí)際的這種仿真分析，很好奇，接觸分析算法往往涉及大變形、邊界不連續(xù)，只要輸入條件或者算法稍微變化一些，兩個(gè)零部件算出來的接觸結(jié)果就可能差異很大，更不用說上萬個(gè)零部件的接觸結(jié)果了，對(duì)這種大規(guī)模組裝模型的仿真結(jié)果不知如何來判斷它的可靠性，像普通的只校核一下材料的應(yīng)力還是看一下動(dòng)畫是否和試驗(yàn)一致
現(xiàn)在Abaqus、LS-DYNA、Ansys等結(jié)構(gòu)商軟都說可以處理復(fù)雜的上萬零部件接觸的整車、整機(jī)等模型仿真，沒做過實(shí)際的這種仿真分析，很好奇，接觸分析算法往往涉及大變形、邊界不連續(xù)，只要輸入條件或者算法稍微變化一些，兩個(gè)零部件算出來的接觸結(jié)果就可能差異很大，更不用說上萬個(gè)零部件的接觸結(jié)果了，對(duì)這種大規(guī)模組裝模型的仿真結(jié)果不知如何來判斷它的可靠性，像普通的只校核一下材料的應(yīng)力還是看一下動(dòng)畫是否和試驗(yàn)一致
現(xiàn)在Abaqus、LS-DYNA、Ansys等結(jié)構(gòu)商軟都說可以處理復(fù)雜的上萬零部件接觸的整車、整機(jī)等模型仿真，沒做過實(shí)際的這種仿真分析，很好奇，接觸分析算法往往涉及大變形、邊界不連續(xù)，只要輸入條件或者算法稍微變化一些，兩個(gè)零部件算出來的接觸結(jié)果就可能差異很大，更不用說上萬個(gè)零部件的接觸結(jié)果了，對(duì)這種大規(guī)模組裝模型的仿真結(jié)果不知如何來判斷它的可靠性，像普通的只校核一下材料的應(yīng)力還是看一下動(dòng)畫是否和試驗(yàn)一致
實(shí)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(jié)點(diǎn)，但單元之間不連續(xù)（實(shí)體單元每個(gè)節(jié)點(diǎn)有3個(gè)平動(dòng)自由度，而殼單元每個(gè)節(jié)點(diǎn)有3個(gè)平動(dòng)自由度和3個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度），對(duì)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(duì)實(shí)體-殼單元的連接方法進(jìn)行說明。
1 單元類型
算例模型中，實(shí)體單元采用SOLID45，殼單元采用SHELL63，接觸位置不共節(jié)點(diǎn)。
- 磁懸浮技術(shù)：高速轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)也在磁懸浮技術(shù)中得到了應(yīng)用，用于實(shí)現(xiàn)非接觸式的高速旋轉(zhuǎn)。
- 能源行業(yè)：在能源領(lǐng)域，高速電機(jī)被用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、高速旋轉(zhuǎn)的發(fā)電機(jī)等。
- 汽車工業(yè)：高速電機(jī)在汽車工業(yè)中用于電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，以及傳統(tǒng)汽車中的輔助設(shè)備。
其中，砂漿與磚塊之間接觸面的相互作用設(shè)置是最為關(guān)鍵的一步，故本文側(cè)重對(duì)砂漿與磚塊接觸面設(shè)置進(jìn)行闡述。砂漿與磚塊的接觸面屬性包括法向接觸、切向接觸，采用面面接觸（surface to surface/Standard）進(jìn)行模擬。
1.法向接觸
1.1法向受壓
在法向接觸準(zhǔn)則中，通常采用“硬”接觸來模擬砂漿與磚塊界面之間的法向接觸行為。
復(fù)雜模型分析：對(duì)于復(fù)雜的有限元模型，特別是涉及大變形、接觸和非線性材料行為等問題，混合U-P技術(shù)能夠更好地處理這些挑戰(zhàn)，提供穩(wěn)定和準(zhǔn)確的解決方案。
注意：通常開啟混合U-P技術(shù)時(shí)，應(yīng)打開大撓度變形。
焊腳與動(dòng)、靜簧 片之間，靜簧 片與動(dòng)簧 片之間均采用MPC(多點(diǎn)約束)單元來等效。
