ansys梁?jiǎn)卧灰坪瘮?shù)
關(guān)注創(chuàng)建者：王靖雯 創(chuàng)建時(shí)間：2023-03-07
ansys梁?jiǎn)卧灰坪瘮?shù)的視頻教程
sap2000入門之三-殼單元的使用與梁殼節(jié)點(diǎn)位移協(xié)調(diào)方法
本期視頻主要講解殼單元。 主要內(nèi)容包括：殼單元的建立，殼單元荷載的指定，殼單元計(jì)算結(jié)果的查看以及梁?jiǎn)卧?/em>與殼單元梁殼節(jié)點(diǎn)位移協(xié)調(diào)方法。 通過學(xué)習(xí)本視頻，可以完全掌握殼單元的應(yīng)用方法，例如網(wǎng)格劃分，剛度修正，面彈簧，面質(zhì)量，非均布?jí)毫奢d以及如何解讀和分析殼單元的應(yīng)力結(jié)果與內(nèi)力結(jié)果。
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ansys梁?jiǎn)卧灰坪瘮?shù)的實(shí)例教程
3.彈簧約束實(shí)體單元的三個(gè)自由度等于彈簧約束梁?jiǎn)卧?/em>的三個(gè)平移自由度。
hyperworks小白，1D梁?jiǎn)卧c殼單元該如何連接呢，求問？這位移也太大了
如題，《從形函數(shù)與函數(shù)的連續(xù)可導(dǎo)性到ansys結(jié)果中的節(jié)點(diǎn)解與單元解的差異》，形函數(shù)對(duì)結(jié)果的影響大部分人都能聯(lián)想到二次單元比線性單元求得的結(jié)果更精確，但該文要表達(dá)的不僅如此，而是從更一般地討論怎么從單元的形函數(shù)來理解節(jié)點(diǎn)解與單元解之間的差異。
首先討論單元的階次。作為基礎(chǔ)我們應(yīng)該明白網(wǎng)格與單元的區(qū)別，網(wǎng)格是將幾何體離散化后的結(jié)構(gòu)，即組成幾何體的微元，單元是這些微元的幾何、物理或數(shù)學(xué)屬性（這里我們并不打算詳細(xì)討論單元的這些屬性，但是這些知識(shí)會(huì)方便對(duì)本文的理解）。我們經(jīng)常在使用ansys或其他CAE軟件時(shí)經(jīng)常會(huì)遇到單元的選擇以及單元階次的選擇，一般一種單元包括線性單元和二次單元甚至更高級(jí)的單元，比如在ansys中經(jīng)常被使用的shell181（左）和shell281（右），線性單元使用的形函數(shù)是一次的多項(xiàng)式，高次單元使用的形函數(shù)是高次的多項(xiàng)式，形函數(shù)用于描述相鄰節(jié)點(diǎn)之間的位移場(chǎng)，所以高次的單元可以更好的描述形狀復(fù)雜的幾何體。
不同于常規(guī)材料力學(xué)中通過平衡方程求解（首先求得的解是力解），有限元方式求解的特點(diǎn)是首先求解出的結(jié)果是節(jié)點(diǎn)的位移解，即displacement of nodes，所有的節(jié)點(diǎn)位移形成了位移場(chǎng)，在空間上位移場(chǎng)一定是連續(xù)的，但是不一定是平滑的。哎哎，是不是特別熟悉的感覺，正是和高數(shù)中函數(shù)的連續(xù)性和可導(dǎo)性兩個(gè)性質(zhì)非常相似，不用奇怪，位移場(chǎng)本來就是用函數(shù)描述的，所以自然就存在函數(shù)的性質(zhì)，所以用函數(shù)的性質(zhì)來理解就可以方便解釋一些現(xiàn)象了，下圖分別是用兩種形函數(shù)描述的位移場(chǎng)，在有限元求解后得到的首先是節(jié)點(diǎn)位移解，即圖中5個(gè)節(jié)點(diǎn)的位移，假如每個(gè)節(jié)點(diǎn)的位移用坐標(biāo)x\y\z的函數(shù)來表示，然后通過形函數(shù)插值得到相鄰節(jié)點(diǎn)之間的位移（也是xyz的函數(shù)），上圖是用一次形函數(shù)插值，下圖是用二次形函數(shù)插值。
展開 徐變應(yīng)變可表達(dá)為：
其中， ?(t,τ)為徐變系數(shù)，需通過規(guī)范公式或?qū)嶒?yàn)數(shù)據(jù)擬合確定
Ansys程序中內(nèi)置金屬蠕變規(guī)律如下：
命令中詳細(xì)解釋了改公式的具體用法，以及參數(shù)意義。
二者除個(gè)別參數(shù)外形式具有異曲同工之妙，因此本案例給出用ansys精確分析混凝土徐變的方法，案例背景模擬了一個(gè)混凝土PK梁特定工況下的徐變發(fā)生過程。
案例文件中包含：
1. 00-ConcreteCreep-benchmark.mac【徐變標(biāo)定文件，開箱即用，可以用來和手算對(duì)比是否正確】
2. 01-ConcreteCreep-solid.mac【分輸入模塊的參數(shù)化徐變計(jì)算文件【詳細(xì)解釋了各參數(shù)取值】。只需要改文件和計(jì)算邊界荷載即可計(jì)算實(shí)體徐變。】
3. ansa文件，用來生成網(wǎng)格
4. .cdb文件，網(wǎng)格文件
5. excel轉(zhuǎn)apdl命令流文件，用來輸入徐變系數(shù)。
進(jìn)一步白話闡述一下：
1、什么是徐變？別看公式一大堆，理論一大推，簡(jiǎn)單講就是：受力的結(jié)構(gòu)，啥邊界條件、荷載不變的情況下，結(jié)構(gòu)還是慢慢變形了。將這種慢慢變形的變形結(jié)果以及應(yīng)力重分配準(zhǔn)確分析出來就是徐變分析。機(jī)理一大堆，教科書上都比較詳盡，在此不做贅述，只講應(yīng)用，而且是拿到案例開箱即用。
白話闡述要點(diǎn)：
1、案例是ansys apdl（命令流）分析的，給出了全套參數(shù)化命令流，材料模型定義、材料參數(shù)定義、求解，拿過來可以直接運(yùn)行。
2、機(jī)理是用了ansys中關(guān)于金屬蠕變的材料模型。（細(xì)想蠕變和徐變的現(xiàn)象，表征都是一樣的。至于機(jī)理，各有各的理論，但不影響材料模型使用。）
具體使用：
1、，先跑一遍，看看到底徐變是怎么個(gè)事兒。
展開 ANSYS梁?jiǎn)卧?/em>與實(shí)體單元的耦合與約束方程
By長(zhǎng)安CAE
1 概述
在ANSYS計(jì)算過程中，有時(shí)候會(huì)遇到不同單元之間進(jìn)行連接，由于不同的單元自由度不同，連接時(shí)通常需要通過耦合和約束方程建立節(jié)點(diǎn)自由度的關(guān)系，保證結(jié)果的準(zhǔn)確性。
耦合可以理解成是將耦合的對(duì)象某個(gè)自由度作相等處理，而約束方程則不局限于相等這個(gè)關(guān)系，其可以描述具有某種關(guān)系的自由度。如圖1所示，為梁?jiǎn)卧?/em>與平面單元的連接。如果不采用約束方程，力矩的傳遞無法完成，因?yàn)槠矫?em>單元沒有轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。
圖1 梁?jiǎn)卧?/em>與平面單元連接
為使節(jié)點(diǎn)2具有力矩傳遞的能力，要求1、2、3節(jié)點(diǎn)之間的自由度滿足以下關(guān)系：
ROTZ2 = (UY3 - UY1)/10
再通過CE命令，即可將此關(guān)系通過約束方程的形式施加給1、2、3節(jié)點(diǎn)。
2 命令
查看ANSYS的幫助文檔，查詢CE命令的解釋，如圖2所示。
圖2 ANSYS的CE命令解釋
CE, NEQN, CONST, NODE1, Lab1, C1, NODE2, Lab2, C2, NODE3, Lab3, C3
其中，NEQT表示常數(shù)，用于區(qū)別約束方程，一般可以用數(shù)字1、2、3表示即可，表示第幾個(gè)約束方程；
CONST表示方程的常數(shù)項(xiàng)，一般為0；
NODE1，表示第一個(gè)節(jié)點(diǎn)；
Lab1，表示自由度標(biāo)簽，對(duì)于結(jié)構(gòu)而言，就是三個(gè)平移和三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度；
C1，表示該自由度的系數(shù)；
同理，后面的也一樣。
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ansys梁?jiǎn)卧灰坪瘮?shù)的最新內(nèi)容
開篇點(diǎn)題，不說廢話，直接給出生成梁?jiǎn)卧氖謩?dòng)操作方式和模塊化命令流。
手動(dòng)操作
介紹一下標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)梁?jiǎn)卧孛嫣匦裕阌诤罄m(xù)的梁?jiǎn)卧：头抡妗? 1，CAD做成sat文件：首先生成面域
2，file導(dǎo)入ACIS
3，定義單元，劃分網(wǎng)格
ET,1,plane82 !添加單元類型plane82
徐變是混凝土在長(zhǎng)期恒定應(yīng)力作用下產(chǎn)生的時(shí)變不可逆變形，其發(fā)展規(guī)律呈現(xiàn)前期快速增長(zhǎng)、后期漸趨穩(wěn)定的特征。主要受應(yīng)力水平、材料配比、環(huán)境濕度、構(gòu)件尺寸及加載齡期等因素影響。
常用方法包括有效模量法、疊加法和老化理論。國(guó)內(nèi)規(guī)范（如JTG3362-2018）推薦基于線性疊加原理的徐變系數(shù)法。徐變應(yīng)變可表達(dá)為：
hyperworks小白，1D梁?jiǎn)卧c殼單元該如何連接呢，求問？這位移也太大了
在《hypermesh-ansys聯(lián)合仿真-梁?jiǎn)卧?》中對(duì)比了梁?jiǎn)卧蛯?shí)體單元的結(jié)果，表明梁?jiǎn)卧?jì)算結(jié)果更容易接近理論計(jì)算值，且付出的計(jì)算資源是很小的。但并非所有情況都是這樣，下面介紹一種情況實(shí)例來說明問題。
如圖兩端固支的C型薄壁梁，在梁中心位置作用一個(gè)F=100N的集中力，具體作用點(diǎn)是C型截面的上邊沿（上右圖），下面分別采用梁?jiǎn)卧蜌卧謩e計(jì)算該結(jié)構(gòu)工況下梁的變形梁，讀者可以自行計(jì)算嘗試并分析哪種結(jié)算結(jié)果更可靠
針對(duì)一個(gè)懸臂梁的固有頻率求解，本節(jié)課對(duì)采用梁?jiǎn)卧?shí)體單元和理論計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。
存在上圖尺寸的懸臂梁，分別采用三種方式計(jì)算該懸臂梁的第一階固有頻率。
1.理論計(jì)算
上式為計(jì)算懸臂梁的第一階固有頻率的計(jì)算公式，式中：
E：材料彈性模量-210000MPa
I：梁截面的慣性矩-2.6667mm^4
L：100mm
b:2mm
h:4mm
m:梁的質(zhì)量-7.85e
圖1
上圖為兩個(gè)1mm厚鈑金通過折彎形成的C型梁，通過焊接拼接在一起，兩個(gè)C型梁的截面方向均為開口朝外，下面通過該實(shí)例詳述創(chuàng)建該梁?jiǎn)卧姆椒ā? 1.抽取梁截面
將CAD文件導(dǎo)入hypermesh后如圖1所示，然后按照?qǐng)D2進(jìn)入HyperBeam面板。
圖2
選擇solid section，切換到面選擇，選擇圖中梁的端面點(diǎn)擊create后成功提取梁的截面并自動(dòng)切換到
前文已經(jīng)通過《hypermesh-ansys聯(lián)合仿真-基本步驟1》系列詳細(xì)說明了hypermesh與ansys聯(lián)合仿真時(shí)的基本過程，下面通過一列文章按照單元類型分別介紹不同單元類型的建模方法以及使用這些單元時(shí)需要注意的問題，當(dāng)忽略這些問題時(shí)往往會(huì)造成較大的誤差甚至錯(cuò)誤。
梁?jiǎn)卧?jiǎn)介
當(dāng)結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度方向尺寸明顯大于截面尺寸時(shí)（常常設(shè)定為10:1），我們可以將結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化為一維的梁?jiǎn)卧啾扔谌S的實(shí)體單元可以在保證求解精度的情況下大大降低計(jì)算量
梁模型
有限元模型
結(jié)果查看
結(jié)果查看
附件包括分析模型
如下圖為導(dǎo)入Hypermesh中的實(shí)體梁，截面為非對(duì)稱，即截面在任何方向上都沒有對(duì)稱軸。本節(jié)通過Hypermesh提取實(shí)體梁的截面作為1D梁?jiǎn)卧慕孛妗?圖1實(shí)體梁
圖2beam188梁?jiǎn)卧?圖2是將提取的實(shí)體梁截面賦予beam188梁?jiǎn)卧蟮男Ч{(lán)色是1D梁?jiǎn)卧G色是原來的實(shí)體梁，兩者完全重合。
通過該方法建立梁?jiǎn)卧年P(guān)鍵點(diǎn)是梁截面的提取和賦予1D梁?jiǎn)卧獣r(shí)梁截面方向的控制
接上篇《Hypermesh為ANSYS創(chuàng)建梁?jiǎn)卧ㄒ唬罚似饕榻B通過形心或剪切中心和節(jié)點(diǎn)方向來控制非對(duì)稱梁截面的位置和方向。如下圖分別是實(shí)體梁和創(chuàng)建的beam188梁之間的對(duì)比，通過上述控制1D梁與實(shí)體梁的位置和方向完美重合。
實(shí)體梁
實(shí)體梁和beam188（藍(lán)色）對(duì)比效果
