ansys實體與殼體連接的案例
Ansys中級認證窗口課程：LS-DYNA中殼體與實體單元連接技術應用
1.5 總結
對于殼體與實體的連接的數量較少且網格劃分規整時，使用合并節點法好約束法，其中合并節點法只能約束平動位移不能約束轉動位移。當連接數量較多或連接部位網格劃分不規整時，采用接觸的裝配則更簡便快捷。
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各類型單元連接專題講解（三）之梁與殼體鉸接
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 基于ANSYS經典界面的實體-板單元連接建模
（2）中間空心部分使用殼單元，邊上實心部分使用實體單元。
（3）上述兩種單元需要建立連接關系。實心單元每個節點有3個自由度，而殼單元每個節點有6個自由度，如何建立連接關系呢？ANSYS提供了SHSD命令來建立這種連接。要使用該命令，首先需要創建接觸對，并且要對目標-接觸單元的關鍵字進行設置。下面的絕大多數操作都是圍繞該命令進行的。
【求解步驟】
1.前處理
1.1 創建單元
/PREP7
ET,1,SOLID187
ET,2,SHELL181
ET,3,TARGE170
KEYOPT,3,5,1
ET,4,CONTA175
KEYOPT,4,2,2
KEYOPT,4,12,5
上述命令分別定義了4種單元。
第1種是實體單元，第2種是殼單元，他們分別用于建模上述梁的實體部分和空心部分。
第3-4種則是用于模擬接觸部分，就是實體與空心的接觸部分。
這里對于這兩種單元均設置了關鍵字，這些關鍵字的設置是使用后面的命令“SHSD”所必須的。
1.2 創建實常數
R,1,0.02
R,2
R,3
R,4
R,5
這里創建了5個實常數。
第1個實常數用于定義空心梁的厚度
第2-5個實常數分別用于定義4個接觸對。
1.2 創建材料類型
MP,EX,1,2e11
MP,PRXY,1,0.3
上述命令定義了材料的彈性模量和泊松比。
1.3 創建中間的空心梁
/VIEW,1,1,1
BLOCK,-0.14,0.14,-0.14,0.14,0,0.98
VDELE,1,,,0
ADELE,1,2,1,1
上述命令首先創建了一個長方體，
然后刪除了體本身，留下構成長方體的面，線和關鍵點。
最后又刪除了兩端的面。
結果如下圖。
展開 
ANSYS APDL實體單元和殼單元（不共節點）之間的連接 ￥100
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。對于兩種單元之間的連接，通過目標單元TARGE170和接觸單元CONTA175實現，定義約束為實體-殼約束，接觸單元為MPC算法，接觸類型為綁定接觸。
2 有限元模型和綁定接觸
圖1 底部固定約束，殼單元施加均布荷載
圖2 目標單元和接觸單元
3 計算結果
圖3 von Mises stress
圖4 X-Component of displacement
付費內容為相關命令流。
展開 基于ANSYS經典界面的實體-板單元連接建模
（2）中間空心部分使用殼單元，邊上實心部分使用實體單元。
（3）上述兩種單元需要建立連接關系。實心單元每個節點有3個自由度，而殼單元每個節點有6個自由度，如何建立連接關系呢？ANSYS提供了SHSD命令來建立這種連接。要使用該命令，首先需要創建接觸對，并且要對目標-接觸單元的關鍵字進行設置。下面的絕大多數操作都是圍繞該命令進行的。
【求解步驟】
1.前處理
1.1 創建單元
/PREP7
ET,1,SOLID187
ET,2,SHELL181
ET,3,TARGE170
KEYOPT,3,5,1
ET,4,CONTA175
KEYOPT,4,2,2
KEYOPT,4,12,5
上述命令分別定義了4種單元。
第1種是實體單元，第2種是殼單元，他們分別用于建模上述梁的實體部分和空心部分。
第3-4種則是用于模擬接觸部分，就是實體與空心的接觸部分。
這里對于這兩種單元均設置了關鍵字，這些關鍵字的設置是使用后面的命令“SHSD”所必須的。
1.2 創建實常數
R,1,0.02
R,2
R,3
R,4
R,5
這里創建了5個實常數。
第1個實常數用于定義空心梁的厚度
第2-5個實常數分別用于定義4個接觸對。
1.2 創建材料類型
MP,EX,1,2e11
MP,PRXY,1,0.3
上述命令定義了材料的彈性模量和泊松比。
1.3 創建中間的空心梁
/VIEW,1,1,1
BLOCK,-0.14,0.14,-0.14,0.14,0,0.98
VDELE,1,,,0
ADELE,1,2,1,1
上述命令首先創建了一個長方體，
然后刪除了體本身，留下構成長方體的面，線和關鍵點。
最后又刪除了兩端的面。
結果如下圖。
展開 梁殼體連接情況分析總結！
梁殼體連接情況
1 按“桿梁殼體”的順序，只要后一種單元的自由度完全包容了前一種單元的自由度，則有公用結點即可，不需要約束方程。例如：
桿與梁、殼、體有公用結點即可，不需要寫約束方程；
梁與殼有公用結點即可，不需要寫約束方程；
梁與體則要同位置的不同結點，需要耦合自由度和約束方程；
殼與體則要同位置的不同結點，需要耦合自由度和約束方程；
2 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 盡管可以采用耦合自由度和約束方程，但建議盡量不同時采用多種單元于一個結構中，除非你對結果的正確性有十足的把握。
4 當然，采用約束方程可能存在應力集中點，不必在意此點的應力。
5 我自認為是正確的，希望各位大俠批評指正。
6 為說明上述說法的正確性，這里提供有5個小例子。例1是全“殼單元”，例2是“梁殼單元”；例3是全“體單元”，例4是“體梁單元”，例5是“體殼單元”。
7 運行于ansys6.1下，三月雨提供。
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!梁殼的耦合問題小算例
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展開 閥門常用殼體材料，密封材料，連接，檢驗等標準大全！
（150LB常用）
RF ——— Raised Face凸面法蘭連接
RTJ ——— Ring Joint榫槽式連接（梯形槽）
SW ——— Socket welding承插式連接
NPT ——— NPT螺紋連接
WAFER —— 對夾式連接
BW長型—— Butt-Welding 對焊端長型連接
BW短型—— Butt-Welding 對焊端短型連接
DIN標準現采用EN標準結構長度：
EN 558-1 PN法蘭連接閥門結構長度（代替DIN 3202)，EN 558-2 CLASS法蘭連接閥門結構長度（代替BS2080)，EN 12982 對焊端閥門結構長度（代替DIN 3202) ，DIN標準的結構長度包含API閥門的結構長度與GB的結構長度基本一致。
展開 ANSYS各類型單元連接專題講解（四）之2D梁與2D實體單元剛接
前面文章主要講解了梁單元與其他類型單元鉸接的情況，從本篇文章開始，將主要講解梁單元與各類單元剛接的情況，而這也是我們日常工程中比較常見的一種連接方式。
首先從2D平面單元單元開始說起。
盡管現在的ANSYS版本已經摒棄了很古老的2D梁單元，改用Beam18x系列單元代替，但為究其連接方法，這類方面仍具有一定的講解價值，例如我們計算一榀框架的時候多數時候是采用2D平面單元的。
2D梁單元包括：beam3、beam23、beam54
2D實體單元：plane單元
一般來講，2D梁單元與2D實體單元剛接一般分為三種方法：
1）約束方程法；2）偽梁法；3）MPC法。
三種方法的連接原理無非是建立自由度之間的關系方程，但值得注意的是由于采用了局部區域的節點，因而在建立關系的局部區域內可能會有應力集中的情況，后處理當中應格外注意。
約束方程法后續講解3D梁單元連接時會詳細說明，此處簡單說下偽梁法與MPC法。
其實偽梁法與MPC法原理基本一樣，構造一個虛擬梁單元，使虛擬梁單元與外部梁單元剛接，虛擬梁單元與內部實體單元強制剛接，從而間接實現外部梁單元與實體單元的剛接效果。
使用偽梁法需注意的是，在建立虛擬梁單元時，虛擬梁單元應至少與實體單元的兩個節點相連，剛度可取為無窮大或者實際梁單元的10^5倍。
下面以一個小案例來演示。
如上圖所示，兩塊小鋼板中間靠一小鋼梁連接，小鋼梁上有均布荷載，尺寸如上所示，均以mm計，中間鋼梁所受均布荷載為10KN/m,采用ANSYS模擬該情況。
展開 UG NX模具設計之殼體實體分模技巧
分模是模具設計的重要技能之一，面試時經常要考察分模水平，分模快的一小時能頂別人三小時，一般分模都是用片體，今天給大家分享一個比較好用的“實體分模法”，就是通過創建方塊來完成，先創建后模再做前模，來看下這個方法吧！
根據這個產品來，可以先創建后模一個基本的大方塊，作為基本分型面
接下來根據分型面來創建多個方塊，在創建枕位的時候，可以先創建方塊堵住洞口，把方塊做小再求差偏置。
利用同樣的方法做出其他的枕位
堵孔的話，我們一般選擇封堵后模的面
創建方塊封堵后模的時候注意方塊不能包到產品前模的面，最后把所有方塊和后模求和在一起
這時候檢查一下，確保產品能與后模共同形成一個封閉的區域
前模做塊，選擇產品和后模作為刀具求差
因為產品能與后模共同形成一個封閉的區域，所以前模求差后會得到一塊屬于后模的“型芯”，把這塊和后模求和，那么前后模都做成了
文章來源：ug教程
展開 殼體-實體裝配體分析實例視頻附帶TXT文件
實例教學視頻
殼體-實體裝配體分析.txt
殼體-實體裝配體分析.zip
復合材料層合板實體螺栓連接實例 ￥99
復合材料層合板螺栓連接實例——實體螺栓
——Wind12306
復合材料螺栓連接問題屬于一種結構分析范疇，其失效多樣性異于金屬結構件連接。
繼前貼連接簡易方法后的一種相對復雜的應用，主要采用了自定義 “HASHIN”子程序等關鍵技術。
（1） 考慮了面內（纖維拉伸，纖維壓縮，基體拉伸，基體壓縮，面內剪切）失效；
（2） 巧妙的考慮了易損傷與不易損傷位置，大大節省了計算工作量；
（3） 考慮了螺栓接觸問題；
（4） 考慮了不同性能復合材料的搭接問題；
可為從事復合材料結構連接件分析工作者提供參考。
附：inp ， ppt，子程序， 課后可加我qq附上相應教學視頻。
展開 角焊縫（殼體）疲勞在ANSYS nCode DesigenLife的創建與計算原則淺述
ANSYS nCode DesigenLife焊縫疲勞分析最初用于汽車行業薄板結構(1-3 mm) 的焊接分析模擬，采用薄殼搭建有限元模型，相關工業應用也都針對于此類結構進行。ANSYS nCode DesigenLife焊縫疲勞分析采用結構應力法進行計算，具有好的網格不敏感性，目前該方法也適用于以實體建模的焊縫疲勞分析。
限于篇幅本文僅針對角焊縫（殼體）焊縫單元創建和計算的準則基于ANSYS nCode Theory手冊進行編寫，關于搭接焊縫、激光焊等請參考相關文獻資料。
兩名筆者水平極為有限，錯誤必然較多，另原稿成稿較早且截取原稿部分并非完整，某種程度未能緊跟相關技術發展，因此嚴禁直接應用于企業項目的產品分析以免造成重大事故和傷害。另外本文建立的焊縫有限元模型不能作為評估焊縫極限強度的方法進行使用。
一、殼體焊縫有限元建模通用原則
不同類型的焊縫形式具有不同的分析方式，需要根據焊縫種類進行分組，每一個有限元輸入分組應對應疲勞引擎中對應的有限元焊縫類型，并設置一個合理的參數數值。
對于以薄殼單元建立焊縫有限元建模具有一定的通用準則：
① 網格應以4節點四邊形單元為主，表達金屬薄板的中面。
② 以單排或雙排殼單元進行焊縫建模表達。
③ 焊縫網格規整，尺寸以5mm為最好，規避三角形網格出現。
④ 疲勞分析焊縫單元需設置特殊焊接屬性。
⑤ 焊縫單元法向保證設置法向朝外。
⑥ 毗鄰焊縫的單元的非平均化節點應力被提取作為焊趾和焊根疲勞計算評估使用，該應力也可以是平均化的或在單元邊長的中點處進行計算，通過在“ANSYS Group Properties”中設置“WeldLocation = MidElementEdge”進行考慮。
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
通過對比兩次計算的結果發現：
1）全部使用Solid單元進行分析和使用Solid單元和Beam單元連接起來進行分析，
計算結果幾乎完全一致；
2）使用Solid單元和Beam單元建模和全部使用solid單元進行建模相比，節點數量大大減少，
顯著
降低了計算量。
三、連接原理。
在Workbench中，我們很容易就建立了solid-beam的連接，那么，軟件究竟是根據什么原理建立的呢？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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