ansys 管單元模擬的案例
ANSYS的生死單元模擬焊接過(guò)程
ANSYS的生死單元模擬焊接過(guò)程
1 概述
焊接模擬計(jì)算在CAE仿真是比較大的一塊內(nèi)容，也是比較復(fù)雜的一個(gè)過(guò)程，幾個(gè)比較關(guān)鍵的問(wèn)題是熱源函數(shù)的描述、單元的融覆、熱源的移動(dòng)等等，通過(guò)單純的GUI操作，無(wú)論使ANSYS還是Abaqus都不大可能完成這個(gè)過(guò)程，通常需要借助軟件的內(nèi)置語(yǔ)言。
本次主要介紹單元生死的應(yīng)用，單元生死主要用于單元缺失的場(chǎng)合，比如凝固溶解過(guò)程，斷裂過(guò)程，焊接過(guò)程等等，這些過(guò)程都是非線(xiàn)性或者時(shí)間歷程過(guò)程，計(jì)算需要很多子步和迭代，為了在此過(guò)程中避免一遍一遍修改單元，便引入生死單元的概念，通俗的講就是通過(guò)一些方法讓單元失效，具體的改變是單元的彈性模量的改變，當(dāng)單元死時(shí)，修改其彈性模量為非常小的值，讓其在求解過(guò)程中不起作用。
詳細(xì)地說(shuō)，激活單元死這個(gè)狀態(tài)時(shí)，ANSYS程序?qū)?em>單元剛度矩陣乘以很小的因子，程序默認(rèn)值為1E-6，死單元的單元載荷為0，從而不對(duì)載荷向量生效，同樣的，死單元的質(zhì)量、阻尼、比熱等等參數(shù)也設(shè)置為0，單元的應(yīng)力應(yīng)變也因此為0。
2 前處理
前處理包括單元定義、材料定義和建模，單元定義是需要注意單元屬性，此次定義13號(hào)二維耦合單元，具有溫度和位移自由度。
材料屬性包括結(jié)構(gòu)參數(shù)和熱參數(shù)，具體包含彈性模量，泊松比，屈服強(qiáng)度，塑性屬性，材料密度，熱膨脹系數(shù)，熱傳導(dǎo)系數(shù)，比熱容。焊接時(shí)溫度較高，定義材料通常需要定義多個(gè)溫度下的值。
展開(kāi) Ansys Workbench使用非線(xiàn)性彈簧單元模擬配合間隙 ￥10
問(wèn)題：
工程中兩個(gè)零部件之間經(jīng)常會(huì)有配合間隙，Ansys Workbench中可以使用combin39號(hào)非線(xiàn)性單元，通過(guò)控制不同行程的彈簧剛度來(lái)模擬間隙配合。
模型示例：
設(shè)定支座與軸有1mm的配合間隙，在一端施加X(jué)向100N作用力，查看運(yùn)動(dòng)位移。
計(jì)算步驟：
1. 在間隙配合位置，建立jiont連接，放開(kāi)X向平動(dòng)自由度。
2. 在間隙配合位置，建立spring連接，同時(shí)插入Commands 命令。
ET,_sid,39,0,0,0,1
R,_sid,0.95,1,1.05,10000
3. 查看計(jì)算結(jié)果，當(dāng)運(yùn)動(dòng)至0.95mm后spring彈簧剛度值陡增限制了X向運(yùn)動(dòng)。
建議：
? 同一個(gè)連接區(qū)域不建議使用兩個(gè)重復(fù)的連接關(guān)系，即jiont連接和spring連接不要使用同一個(gè)區(qū)域。
? 本文對(duì)配合區(qū)域進(jìn)行分段處理，中間為spring連接，兩側(cè)為jiont連接
? 使用Remote Point點(diǎn)創(chuàng)建連接，需要打開(kāi)Beta選項(xiàng)。
? 這種等效方式并不能良好的反應(yīng)間隙配合位置的應(yīng)力狀態(tài)，需要校核配合區(qū)域的應(yīng)力狀態(tài)還是需要使用接觸連接。
展開(kāi) ANSYS生死單元之焊接過(guò)程模擬
在ansys計(jì)算過(guò)程中，如果需要向模型中加入（或刪除）實(shí)體，模型中對(duì)應(yīng)實(shí)體部位的單元就“存在”（或消亡）。單元生死選項(xiàng)就用于在這種情況下殺死或重新激活選擇的單元。
例如，在焊接分析過(guò)程中，隨著高溫焊料的加入，坡口處的單元需要不斷地被激活；在材料斷料分析中，隨著裂紋的延伸，斷裂處的單元需要不斷的被殺死；在隧道挖掘和橋梁建立分析中，材料也需要不斷的被殺死或激活。因此，單元的生死應(yīng)用技術(shù)廣泛的存在于ansys仿真分析中，是一項(xiàng)應(yīng)用非常廣泛的技術(shù)。
單元的生死并不是ansys程序?qū)⑺?em>單元對(duì)應(yīng)的實(shí)體從模型中刪除，或者激活重新生成材料，而是通過(guò)將其剛度矩陣，或者傳導(dǎo)矩陣（對(duì)應(yīng)于不同的分析），乘以很小的因子（ESTIF），默認(rèn)值為1E-6。死單元的單元載荷將為0，從而不對(duì)載荷向量生效，等效于將單元殺死；
同樣，當(dāng)一個(gè)單元被重新激活時(shí)，其剛度，單元載荷等恢復(fù)其原始的數(shù)值，重新激活的單元也沒(méi)有應(yīng)變記錄，在熱分析里面沒(méi)有熱量存儲(chǔ)。需要注意的是，生死單元對(duì)大部分單元可以應(yīng)用，然而對(duì)某些單元卻是不可用的。
在一些情況下，單元生死狀態(tài)可以根據(jù)ansys的計(jì)算結(jié)果決定。如在斷裂分析中，我們需要將應(yīng)力值大于材料屈服強(qiáng)度的單元殺死，可以利用Etable選擇相應(yīng)的單元進(jìn)行殺死，繼而返回到求解器進(jìn)行求解，如果如此循環(huán)，則可觀察到裂紋的生長(zhǎng)過(guò)程。
可以在大多數(shù)靜態(tài)和非線(xiàn)性瞬態(tài)分析中使用單元生死，其基本分析與相應(yīng)的分析過(guò)程是一致的，主要包括三個(gè)步驟：建模，施加載荷并求解，查看結(jié)果。
現(xiàn)通過(guò)ansys焊接過(guò)程，講解生死單元的應(yīng)用。
兩個(gè)平板進(jìn)行對(duì)接，采用V型坡口。在焊接的過(guò)程中，焊料不斷加入坡口，進(jìn)行焊接。平板溫度采用20℃，焊料溫度采用1500℃。
展開(kāi) ansys Workbench 靜應(yīng)力模塊，利用生死單元技術(shù)結(jié)合APDL命令，模擬轉(zhuǎn)軸最大扭力 ￥10
?
ansys Workbench 靜應(yīng)力模塊，利用生死單元技術(shù)結(jié)合APDL命令，模擬轉(zhuǎn)軸最大扭力
示例：要求計(jì)算轉(zhuǎn)軸所能承受的最大扭轉(zhuǎn)力矩，轉(zhuǎn)軸抗拉強(qiáng)度1230MPa
模型如下： 中間最細(xì)位置R=3
Workbench計(jì)算時(shí)，左側(cè)固定。右側(cè)面施加圓轉(zhuǎn)位移。
效果展示
?
操作過(guò)程：
首先，初步計(jì)算轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)多少會(huì)接近許用最大值1000Mpa。確定初始載荷大小。
當(dāng)加載1° ——0.0174 弧度 ，時(shí) 轉(zhuǎn)軸約945Mpa。
其次，利用APDL命令分載荷步逐步增大轉(zhuǎn)角載荷，并在每個(gè)載荷步中進(jìn)入后處理中查看是否有單元應(yīng)力超過(guò)許用值1000Mpa。當(dāng)有單元超過(guò)許用值時(shí)記錄該單元，在下一步載荷過(guò)程中將該單元抑制。繼續(xù)加載直到循環(huán)結(jié)束。
1.創(chuàng)建加載點(diǎn)——remotePoint
在Pilot Node APDL Name 中定義名稱(chēng)：后期將在插入的APDL命令中使用該名稱(chēng)，更改載荷大小。
創(chuàng)建單元組——Name Selection
在每個(gè)載荷步的后處理中需要篩選單元結(jié)果，查看是否超過(guò)許用應(yīng)力。為了縮小查詢(xún)范圍可以先根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷危險(xiǎn)截面位置，將危險(xiǎn)截面附近的單元定義為一個(gè)組。在后期結(jié)果查看時(shí)，僅在該組內(nèi)查找單元應(yīng)力。從而提高計(jì)算效率。
注意：選著的是單元組，可以使用框選功能。
在Analysis setting 中插入Command 命令
插入命令如下所示，同時(shí)注意單位制的選著，本例使用mm kg N。 命令見(jiàn)附錄
命令中包含有三種 應(yīng)力評(píng)估方法，一:剪應(yīng)力失效。二：等效應(yīng)力失效。三：第一主應(yīng)力失效。應(yīng)根據(jù)實(shí)際工況條，結(jié)合零部件失效模式，自主選著。
!!!!!1.使用剪切應(yīng)力判斷是否失效*********************
!
展開(kāi) 
ANSYS中如何獲取采用殼單元模擬時(shí)的截面內(nèi)力
部分朋友反應(yīng)在采用殼單元進(jìn)行仿真計(jì)算時(shí)不知如何提取殼單元的截面內(nèi)力，今日水哥就殼單元的截面內(nèi)力提取方法簡(jiǎn)單說(shuō)明下，供諸君參考一二。
首先講講殼單元的應(yīng)力和內(nèi)力輸出。
薄殼單元和中厚板殼單元應(yīng)力和內(nèi)力的輸出項(xiàng)目不盡相同，對(duì)于薄殼單元如 SHELL63 就不輸出次要應(yīng)力（τxz、τyz）和內(nèi)力（Nx、Ny），而中厚板殼單元則輸出這些應(yīng)力和內(nèi)力。
注意，殼單元的內(nèi)力輸出均是相對(duì)于單元坐標(biāo)系，單元各邊內(nèi)力相同，為該單元單位長(zhǎng)度上的內(nèi)力，如 Mx 的單位為“力×長(zhǎng)度/長(zhǎng)度”，如需該單元的總彎矩則再乘以單元邊長(zhǎng)即可。單元的內(nèi)力可通過(guò)單元表輸出，例如shell181的結(jié)果輸出示意圖如圖，單元表選項(xiàng)如下：
上述方法針對(duì)的是單個(gè)單元，然而實(shí)際計(jì)算過(guò)程中，我們常常需要獲取某個(gè)截面的總內(nèi)力，此時(shí)可通過(guò)計(jì)算獲取。一般而言，有兩種方式，一種是路徑積分法，另外一種是單元節(jié)點(diǎn)力求和法。水哥個(gè)人建議采用單元節(jié)點(diǎn)力求和法，簡(jiǎn)單快捷。
單元節(jié)點(diǎn)力求和法需要掌握兩個(gè)命令：Spoint \ Fsum
Spoint,node,x,y,z
該命令定義力矩求和的位置點(diǎn)，如果求和不位于總體直角坐標(biāo)系下，可輸入node定義或采用Rsys命令定義。
Fsum,lab,Item
該命令計(jì)算所選擇單元集中選擇節(jié)點(diǎn)集的所有節(jié)點(diǎn)力的合力和合力矩。因而在求具體某截面的內(nèi)力時(shí)，應(yīng)選擇該截面附件的單元以及節(jié)點(diǎn)。
下面以某懸臂板為例，闡述基本思路。
某混凝土懸臂板，板厚100mm，尺寸為900mmX2000mm，混凝土等級(jí)為C30，在板的端部100mm范圍內(nèi)受到均布荷載0.5KN/m^2，求板跨中間截面的剪力以及彎矩。
展開(kāi) 基于ANSYS Workbench 2024R2的非線(xiàn)性彈簧combin39單元的模擬 ￥50
對(duì)于實(shí)際應(yīng)用中承受非線(xiàn)性彈簧單元Combin39的實(shí)際應(yīng)用。
在ANSYS Workbench里提供了兩種方法，一種是WB的雙向彈簧，輸入數(shù)據(jù)表格，其本質(zhì)上采用是LINK8單元進(jìn)行模擬，而不是非線(xiàn)性彈簧combin39。
而利用Combin39單元，需要建立彈簧單元后，插入命令流來(lái)實(shí)現(xiàn)，對(duì)于只承受壓縮載荷的力-位移曲線(xiàn)，輸入到最后，是需要稍等小的正位移和正力數(shù)值。
ANSYS單元生死功能模擬門(mén)式剛架施工例子
ANSYS單元生死功能模擬門(mén)式剛架施工
! Simulate the construction of a frame with the element active/kill
! function of ANSYS
! 施工分為三步
! The construction is divided into 3 steps
! 1: 建立立柱和臨時(shí)支撐
! 1: Install the column and temporary support
! 2: 安裝橫梁
! 2: Install the beams
! 3: 去掉臨時(shí)支撐
! 3: Remove the temporary support
! 作者：陸新征，清華大學(xué)土木系
! Author: Lu Xinzheng Dept. Civil Engrg. of Tsinghua University
[Money=20]
FINISH
/CLEAR
/UNITS,SI
/PREP7
!*
SECTWIDTH=300 !構(gòu)件截面寬度300MM
SECTHEIGHT=600 !構(gòu)件截面高度600MM
SECTAREA=SECTWIDTH*SECTHEIGHT
SECTIYY=SECTWIDTH**3*SECTHEIGHT/12.
SECTIZZ=SECTWIDTH*SECTHEIGHT**3/12.
SPAN=24E3 !跨度24M
COLUMNHEIGHT=8E3 !柱子高度8M
SLOP=3E3 !
展開(kāi) ANSYS采用界面單元用于復(fù)合材料分層模擬時(shí)，如何判斷損傷起始和完全分離
ANSYS采用界面單元用于復(fù)合材料分層模擬時(shí)，如何判斷損傷起始和完全分離
。官網(wǎng)案例也沒(méi)有給出說(shuō)明，缺乏相應(yīng)的理論說(shuō)明。
