ansys的mpc連接的案例
仿真工程師為什么要在bonded（粘結）連接中使用基于MPC（多點約束）的接觸？
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。在MAPDL中，該設置相對隱藏在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約束接觸的優勢之前，讓我們先回顧一下默認（純罰函數）粘結的含義。粘結接觸是一種基于接觸連接的線性形式。兩個物體之間基于線性罰函數的接觸連接必須在一個物體上有接觸單元，在另一個物體上有目標單元。接觸單元和目標單元就像一層皮膚一樣位于每個物體實體單元的外表面上。
接觸單元和目標單元沒有實際的自由度，它們依附于所連接的實體單元。在每個載荷增量的開始，接觸單元會搜索在其關注范圍內的任何目標單元，該范圍由接觸對的 “pinball radius”（搜索半徑）設置定義。接觸單元在法向具有剛度，該剛度定義了兩個物體之間的連接。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”的定義，但兩個物體之間的連接仍然存在一定的柔性，如下所示，一個簡單測試模型的接觸剛度與產生的間隙的關系圖說明了這一點：
相比之下，用于粘結接觸的MPC公式不會為連接計算剛度。MPC連接在接觸面上和目標面上的實體單元之間使用剛性約束方程，以實現真正的粘結連接。連接位置仍然使用接觸單元的搜索半徑確定，但在此之后，接觸單元將被內部約束方程所取代。
展開 ANSYS MPC應用
ANSYS MPC應用
1. MPC 用于 SOLID-SOLID, SHELL-SHELL 的連接
2.MPC 用于 SOLID-SHELL 的連接
3.MPC 用于 SOLID-BEAM 和 SHELL-BEAM 的連接
MPC 用于 FE 模型與載荷點的連接
?連接不同的網格： –
如果幾何在拓撲上是不連接的，可以分別劃分網格，然后用 MPC 進行連接各 FE 模型
?連接不同的單元類型： –
如果在連接區域使用了不同的單元類型，由于節點自由度不同，連通性是不一致的。使用 MPC 可以使 FE 模型的連通性一致
?施加遠處的載荷： –
如果載荷點不在 FE 模型上，使用 MPC 可以實現載荷點與 FE 模型的連接
ANSYS_MPC_cn.rar
展開 以四個案例來吹ANSYS多點約束(MPC)的強大
MPC方法是指利用接觸單元和技術，由ANSYS根據接觸運動自動建立約束方程。
采用MPC方法可以定義各種裝配接觸和運動約束。
采用MPC方法可以實現不連續且自由度不協調的網格之間的連接、不同單元類型之間的連接等目的。比如說：實體-實體裝配；殼-殼裝配；殼-實體裝配；梁-實體裝配；梁殼裝配
筆者在日常在做一些有限元分析的時候，經常會碰到由于面和面或者體和體之間的連接面不一致而導致不能用映射網格，若非要映射網格則需要大量的切分工作，但切分之后線和線的網格數量是要匹配的，因此對于網格疏密不同的連接地方很不好處理。比如對下圖一個模型進行網格劃分。(當然這里要求六面體網格）
MPC具體用法流程其實很簡單，但其功能強大，至于使用流程僅簡單介紹：（1）定義裝配邊界為接觸單元和目標單元，設置單元的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后臺私信郵箱獲取案例命令流進行學習交流。
這里重點給出四個案例來詳細說明一下MPC方法的使用和優點：
案例一：不同單元與網格之間的裝配
案例二：網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：殼與實體單元裝配
案例一：在復雜的模型中，經常根據需要采用不同階單元且網格疏密也不同，以便采用較小的求解花費而獲得滿意的結果。雖然將幾何切分，采用不同的單元類型和網格尺寸來控制，也可以達到目的，但采用MPC方法會更加方便。
展開 ANSYS不同單元類型連接專題(三)—Solid-Shell連接
我們之前討論了ANSYS不同單元類型連接中的Solid-Beam單元的連接，通過研究Solid-Beam單元連接的兩種方式，梳理了一下不同單元類型連接時需要注意的關鍵點。今天我們開始討論Solid-Shell單元的連接。
我們知道，Shell單元有6個自由度，而Solid單元只有3個自由度，因此不能通過簡單的共節點方法實現Solid-Shell單元的連接。下面我們通過一個實例，研究下在ANSYS中是怎么實現Solid-Shell單元連接的。
對簡單的薄壁結構進行分析時，我們通常將其簡化成殼模型，可極大降低計算量，但在板上開一個階梯孔（如下圖），就沒法將其簡化成殼模型了，但如果主要研究階梯孔附近的應力情況，且不能有太大的計算量，此時我們可以采用Solid-Shell模型實現。
為了對比計算結果，筆者采用兩種方法對該結構進行分析：
方法一：對整個結構使用
Solid單元進行分析；
方法二：
階梯孔附近使用Solid單元，其余位置使用Shell單元。這樣就引入了不同單元類型連接的問題。
仿真過程
Step1
建立分析模型
在SCDM中建立如下圖所示的分析模型，其中薄板尺寸為200mm*100mm，厚度為10mm；階梯孔大孔直徑為30mm，深5mm；
階梯孔
小孔直徑為
20mm
，
深5mm。
將模型切分為兩部分，切分位置如下圖所示。切分完成后將沒帶階梯孔的部分進行抽中面處理。
展開 
ANSYS不同單元類型連接專題（一）Solid-Beam單元的連接
我們去ANSYS經典中一探究竟。
通過查看單元類型我們發現，ANSYS生成了計算用的5種單元類型。而我們沒有定義接觸，怎么會有接觸單元174和目標單元170呢？
通過查看接觸向導我們發現，ANSYS生成了一個
單點控制接觸，控制節點為173184。看到這我們就大概明白了，在梁模型和實體模型接觸的位置，軟件建立了一個170點目標單元，在實體模型的端面上，軟件建立了174單元。使用170單元的173184節點控制174單元上的節點。
那么端面上的實體單元又是怎么和梁單元連接的呢？我們發現，還有一個
MPC184單元沒派上用場。我們單獨顯示MPC184單元，發現它連接了173183和173184節點，173184就是我們剛才提到的控制節點，而173183為軟件在梁模型的端點上建立的170單元上的節點。
至此，本文完結。
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展開 ANSYS各類型單元連接專題講解（一）之連接總則
一直以來，有不少同學咨詢水哥關于ANSYS中桿單元、梁單元、殼單元、實體單元的連接問題。之所以要用到各單元的連接，主要是由于我們在實際項目中，常常需要各種單元組合模擬，例如框架結構計算中的框架柱、框架梁采用梁單元模擬，樓板采用殼單元模擬，如此便會產生各類型單元之間的連接問題。
為解決部分朋友們的疑問，水哥依自己的理解將從以下幾個方面系統講解下ANSYS中桿單元、梁單元、殼單元、實體單元的連接，其中若有不合理之處，還望各位朋友批評指正。
本系列講解目錄如下：
1、單元連接總原則。
2、桿與梁、殼、體單元的連接。
3、梁單元與實體單元鉸接。
4、2D梁單元與2D實體單元剛接。
5、3D梁單元與3D實體單元剛接。
6、殼單元與實體單元連接。
7、單元連接綜合實例。
本篇推文為該系列文章的首篇，主要說下ANSYS中單元連接總的原則以及簡單介紹兩個概念。
一般來說，按“桿梁殼體”單元順序，只要后一種單元的自由度完全包含前一種單元的自由度，則只要有公共節點即可，不需要約束方程，否則需要耦合自由度與約束方程。
例如：
（1）桿與梁、殼、體單元有公共節點即可，不需要約束方程。
（2）梁與殼有公共節點即可，也不需要約束寫約束方程；殼梁自由度數目相同，自由度也相同，盡管殼的rotz是虛的自由度，也不妨礙二者之間的關系，這有點類同于梁與桿的關系。
（3）梁與體則要在相同位置建立不同的節點，然后在節點處耦合自由度與施加約束方程。
（4）殼與體則也要相同位置建立不同的節點 ，然后在節點處耦合自由度與施加約束方程。
從上述也可見，ANSYS無非是通過三種方法來實現單元之間的連接：共用節點、耦合、約束方程。
這里簡單介紹下耦合與約束方程的基本概念。
展開 ANSYS不同單元類型連接專題（二）Solid-Beam單元的連接（類型二）
三、連接原理。
詳見上篇文章
《ANSYS不同單元類型連接專題（一）Solid-Beam單元的連接》。
至此，本文完結。
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ANSYS各類型單元連接專題講解（二）之桿與梁殼體單元的連接
前一篇文章主要介紹了單元之間連接的主要原則，今天開始主要從具體方面講解連接方法。
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
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展開 ANSYS知識普及5——如何模擬銷軸連接（ANSYS專家編輯，非原創，歡迎轉摘）
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MPC184單元詳解（1）
1.銷軸模型
MPC184單元描述
MPC184包括使用拉格朗日乘子法實現運動約束的一類常用的多點約束單元。這些單元可以簡單地分為“約束單元”或“連接單元”。 用戶可以在一些需要施加運動約束的場合中使用這些單元。這些約束可以簡單到鉸鏈上的具有相同的位移值，也可以復雜到包括模型的剛性部分，或者在柔性體之間以某一特定方式傳遞運動的運動約束。例如，結構中可能包含一些剛性部件或者通過轉動或滑塊約束連接在一起的運動部件。結構的剛性部分可以使用MPC184的剛性桿或剛性梁單元來模擬，運動部分可以使用MPC184的滑塊，球鉸，銷軸和萬向聯軸器單元模擬。因為這些單元使用拉格朗日乘子法實現，ANSYS能夠輸出約束反力和力矩。
約束單元
如果沒有其它說明，使用這些單元時，三維單元選項(KEYOPT(2) = 0)為默認值。
銷軸鏈接
設置KEYOPT(1) = 6定義二節點銷軸鏈接。銷軸單元的二個節點必須有相同的空間坐標。
MPC184銷軸鏈接單元只有一個基本自由度－繞著軸或銷相對旋轉。單元能夠包括控制特性，如未約束自由度上的擋塊，鎖定器。旋轉邊界條件也可以施加到相對運動分量上。
展開 Ansys Workbench 批量創建Beam連接的方法記錄 ￥50
在結構仿真中經常會遇到螺栓連接問題，對于一些非重要的螺栓位置，經常使用Beam單元來等效螺栓連接。Ansys Workbench提供了一種批量創建這類Beam連接的方法：Object Generator功能：
首先，用戶手動創建一個Beam連接作為模板；
然后，用戶創建兩個NamedSelection組，每個NS包含一側所有需要連接的螺栓孔面組；
然后，使用WB提供的批量Object Generator功能，進行批量創建。
注：5、輸入的Max距離可以略大于上下兩個螺栓孔中心點的距離。
問題：
但是這種方式只能是螺栓孔內表面，（或者前處理中有幾何分割可以選到螺栓連接的圓環面），經常在計算結果中會有螺栓孔邊緣應力值較大的現象。
所以，為了減弱這種邊緣應力現象，這里試著將beam 的連接區域，由螺栓孔內表面，轉變為部分單元面。
既然這種單元面組成的Beam連接對改善邊緣應力有幫助，筆者就想將，WB的批量創建功能與單元面Beam連接相組合。實現批量創建以單元面為連接區域的Beam連接。然后筆者借鑒Object Generator 的思路構建了如下python腳本插件，以實現這類beam連接的快速創建。
展開 ANSYS知識普及6——如何模擬球鉸連接（ANSYS專家編輯，非原創，歡迎轉摘）
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MPC單元詳解（2）
MPC184單元描述
MPC184包括使用拉格朗日乘子法實現運動約束的一類常用的多點約束單元。這些單元可以簡單地分為“約束單元”或“連接單元”。 用戶可以在一些需要施加運動約束的場合中使用這些單元。這些約束可以簡單到鉸鏈上的具有相同的位移值，也可以復雜到包括模型的剛性部分，或者在柔性體之間以某一特定方式傳遞運動的運動約束。例如，結構中可能包含一些剛性部件或者通過轉動或滑塊約束連接在一起的運動部件。結構的剛性部分可以使用MPC184的剛性桿或剛性梁單元來模擬，運動部分可以使用MPC184的滑塊，球鉸，銷軸和萬向聯軸器單元模擬。因為這些單元使用拉格朗日乘子法實現，ANSYS能夠輸出約束反力和力矩。
約束單元
如果沒有其它說明，使用這些單元時，三維單元選項(KEYOPT(2) = 0)為默認值。
1.球鉸模型
球鉸
設置KEYOPT(1) = 5來定義二節點的球鉸。兩個節點必須重合。3維球鉸每個節點有三個自由度(x，y和z方向平移)。2維球鉸單元(KEYOPT(2) = 1)每個節點有二個自由度(x，y方向平移)。
展開 
ANSYS workbench壓力管道螺栓連接分析 ￥10
本案例適合哪些人學習：
1、學習型仿真工程師
2、理工科院校學生
你會得到什么：
1、學習壓力管道的三維模型處理
2、學習螺栓連接非線性接觸相關的接觸設置
3、學習非線性靜結構分析步的建立
4、學習螺栓連接非線性接觸分析的載荷施加
案例介紹：
所使用軟件為ANSYS workbench2020r2.
案例介紹了ANSYS workbench 壓力管道螺栓連接分析。
本案例完整得提供了分析相關所有分析文件。
?
Ansys Workbench提取螺栓連接面載荷方法記錄 ￥10
示例：
如下圖所示，兩個零件一端鉸接一端使用螺栓連接。在螺栓側端面施加2000N載荷（無螺栓預緊力）。需要提取螺栓在連接面處所受到的載荷包括：力和力矩。
載荷提取結果：
1.螺栓連接面位置作用力
2.螺栓連接面位置因載荷分布不均產生的彎矩
詳細步驟：
1.螺栓連接面位置的載荷提取，需要在結果輸出中打開節點力輸出項“Nodal Forces-Yes”
2.需要在螺栓連接面位置創建局部坐標系和虛擬結構面
Ansys 案例研究 | 剪力作用下的螺栓連接
概述
本模型解釋了一個簡單的螺栓連接，該連接由兩塊板和一個螺栓夾緊在一起。在此情況下，螺栓將承受剪力。
目標
演示如何為兩塊板之間設置螺栓連接，包括螺栓預緊力和施加剪力。
建模步驟
對施加剪力的簡單螺栓連接進行靜態結構分析。
1.打開 Ansys Workbench 并插入一個“靜態結構（Static Structural）”系統。
2.在“工程數據（Engineering Data）”下定義材料屬性。
a.選擇“工程數據源（Engineering Data Sources）”，然后選擇“通用非線性材料庫（General Non-linear Materials library）”；
b.從該庫中選擇“結構鋼 NL（Structural Steel NL）”材料。
3.導入“簡單螺栓連接（Simple Bolted Joint）”幾何體。
4.檢查幾何定義。這里有兩塊板、一個螺栓和一個螺母，它們都是實體。由于這些實體是分離的部件，我們需要在它們之間定義接觸。
a.檢查單位，確認對于本次分析已正確設置為公制（mm, kg, s）；
b.對于此案例，為所有體分配"Structural Steel NL"材料，如我們在第2步中所添加的。
5.在實體之間創建接觸。
a.系統已自動生成各體之間的接觸，修改它們使每個接觸具有正確的接觸類型；
b.在兩塊板之間、螺栓頭與頂板之間、螺母與底板之間設置摩擦接觸 （Frictional contact），摩擦系數為0.2。
展開 HyperStudy 與 ANSYS 及 ABAQUS 的連接方法。
在網上看到很多人學習HyperStudy的時候，與ANSYS及ABAQUS的連接不成功，現在把我的方法分享如下：
1、ANSYS(以ANSYS8.1為例)
Script Path:C:/Ansys Inc/v81/ANSYS/bin/intel/ANSYS.exe
Solver input arguments:
-i XXX.ans -o XXX.out
2、ABAQUS（以ABAQUS6.5為例）
Script Path:C:/ABAQUS/6.5-1/exec/abq651.exe
Solver input arguments:
job=XXX interactive
這個Hyperstudy 的培訓資料有介紹。不過Help中介紹很含糊。
XXX是文件名。
展開 