Beam連接建模的案例
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(jié)果發(fā)現(xiàn)：
1）全部使用Solid單元進(jìn)行分析和使用Solid單元和Beam單元連接起來進(jìn)行分析，
計算結(jié)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(jìn)行建模相比，節(jié)點數(shù)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(jù)什么原理建立的呢？我們?nèi)NSYS經(jīng)典中一探究竟。
通過查看單元類型我們發(fā)現(xiàn)，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(biāo)單元170呢？
通過查看接觸向?qū)覀儼l(fā)現(xiàn)，ANSYS生成了一個
單點控制接觸，控制節(jié)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(biāo)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(jié)點控制174單元上的節(jié)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(fā)現(xiàn)，還有一個
MPC184單元沒派上用場。我們單獨顯示MPC184單元，發(fā)現(xiàn)它連接了173183和173184節(jié)點，173184就是我們剛才提到的控制節(jié)點，而173183為軟件在梁模型的端點上建立的170單元上的節(jié)點。
至此，本文完結(jié)。
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展開 ANSYS不同單元類型連接專題（二）Solid-Beam單元的連接（類型二）
通過對比兩次計算的結(jié)果發(fā)現(xiàn)：
1）全部使用Solid單元進(jìn)行分析和使用Solid單元和Beam單元連接起來進(jìn)行分析，
計算結(jié)果幾乎完全一致；（整體應(yīng)力最大數(shù)值的大小和位置，使用solid單元計算存在應(yīng)力奇異，不進(jìn)行比較）。
2）使用Solid單元和Beam單元建模和全部使用solid單元進(jìn)行建模相比，節(jié)點數(shù)量大大減少，
顯著
降低了計算量。
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(jié)。
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展開 Ansys Workbench 批量創(chuàng)建Beam連接的方法記錄 ￥50
在結(jié)構(gòu)仿真中經(jīng)常會遇到螺栓連接問題，對于一些非重要的螺栓位置，經(jīng)常使用Beam單元來等效螺栓連接。Ansys Workbench提供了一種批量創(chuàng)建這類Beam連接的方法：Object Generator功能：
首先，用戶手動創(chuàng)建一個Beam連接作為模板；
然后，用戶創(chuàng)建兩個NamedSelection組，每個NS包含一側(cè)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(jìn)行批量創(chuàng)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(nèi)表面，（或者前處理中有幾何分割可以選到螺栓連接的圓環(huán)面），經(jīng)常在計算結(jié)果中會有螺栓孔邊緣應(yīng)力值較大的現(xiàn)象。
所以，為了減弱這種邊緣應(yīng)力現(xiàn)象，這里試著將beam 的連接區(qū)域，由螺栓孔內(nèi)表面，轉(zhuǎn)變?yōu)椴糠謫卧妗? 既然這種單元面組成的Beam連接對改善邊緣應(yīng)力有幫助，筆者就想將，WB的批量創(chuàng)建功能與單元面Beam連接相組合。實現(xiàn)批量創(chuàng)建以單元面為連接區(qū)域的Beam連接。然后筆者借鑒Object Generator 的思路構(gòu)建了如下python腳本插件，以實現(xiàn)這類beam連接的快速創(chuàng)建。
展開 Workbench中beam-solid連接方式暨合理設(shè)置探討
1.引言
ANSYS Workbench中梁與實體固定連接時，可以用bonded contact，也可以是fixed joint。實體間固定連接時，pinball的設(shè)置采用默認(rèn)選項program controlled即可。梁與實體固定連接時，pinball設(shè)置不當(dāng)則會產(chǎn)生嚴(yán)重錯誤結(jié)果。如圖1模型，2個零件均為實體，材料均為structural steel，細(xì)長梁截面尺寸50X50mm，長度400mm，底座截面尺寸140x140mm，厚度10mm，邊界條件如圖。零件間連接為bonded contact，formulation選program controlled，pinball region選program controlled，最大變形為0.15572mm如圖2，structural error為0.0035mJ。Formulation選MPC，以及pinball region的其它選項對結(jié)果影響極小，只是小數(shù)點后第三位數(shù)字開始有變化。
圖 1 圖2
2.Beam-solid采用bonded contact連接
如圖3，細(xì)長梁采用line body建模，邊界條件不變。為區(qū)別比較，底座上建立與梁截面尺寸相等的印記面。梁與實體底座bonded contact連接，目標(biāo)面選擇為2種情況：50X50印記面和140x140整個表面。Formulation選MPC。試算發(fā)現(xiàn)，pinball的半徑對變形有決定性影響如表1。
展開 
Workbench中beam-solid連接方式暨合理設(shè)置探討
引言
ANSYS Workbench中梁與實體固定連接時，可以用bonded contact，也可以是fixed joint。實體間固定連接時，pinball的設(shè)置采用默認(rèn)選項program controlled即可。梁與實體固定連接時，pinball設(shè)置不當(dāng)則會產(chǎn)生嚴(yán)重錯誤結(jié)果。如圖1模型，2個零件均為實體，材料均為structural steel，細(xì)長梁截面尺寸50X50mm，長度400mm，底座截面尺寸140x140mm，厚度10mm，邊界條件如圖。零件間連接為bonded contact，formulation選program controlled，pinball region選program controlled，最大變形為0.15572mm如圖2，structural error為0.0035mJ。Formulation選MPC，以及pinball region的其它選項對結(jié)果影響極小，只是小數(shù)點后第三位數(shù)字開始有變化。
圖 1 圖2
2.Beam-solid采用bonded contact連接
如圖3，細(xì)長梁采用line body建模，邊界條件不變。為區(qū)別比較，底座上建立與梁截面尺寸相等的印記面。梁與實體底座bonded contact連接，目標(biāo)面選擇為2種情況：50X50印記面和140x140整個表面。Formulation選MPC。試算發(fā)現(xiàn)，pinball的半徑對變形有決定性影響如表1。
展開 基于ANSYS APDL的賽車車架建模（beam188單元） ￥30
<p>賽車線模型</p><div contenteditable="false" width="100%">
<figure class="figure-image" data-img="https://img.jishulink.com/202405/attachment/fc9a761100f54cada217c9f617225c4c.png" style="text-align: center">
<img src="https://img.jishulink.com/202405/attachment/fc9a761100f54cada217c9f617225c4c.png" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/202405/attachment/fc9a761100f54cada217c9f617225c4c.png?image_process=/format,webp/resize,w_400" data-pc-src="https://img.jishulink.com/202405/attachment/fc9a761100f54cada217c9f617225c4c.png?image_process=/format,webp/resize,w_760" data-initial-src="https://img.jishulink.com/202405/attachment/fc9a761100f54cada217c9f617225c4c.png">
</figure>
</div><p>梁單元模型</p><div contenteditable="false" width="100%">
<figure class="figure-image" data-img="https://img.jishulink.com
展開 轉(zhuǎn)子動力學(xué)系列（三）：不同建模單元對比（BEAM188與SOLID186） ￥29
2 一維模型（BEAM188）
圓盤和軸采用單一的BEAM188單元模擬，采用7個載荷步求解，轉(zhuǎn)速從0~6000r/min以1000r/min為載荷步增量，提取模態(tài)數(shù)為6，計算模型如下圖所示。
劃分網(wǎng)格添加簡支約束
在X軸的方向添加轉(zhuǎn)速
求解得到坎貝爾圖及臨界轉(zhuǎn)速。
3三維模型（SOLID186）
圓盤和軸采用單一的SOLID186單元模擬，同樣采用7個載荷步求解，轉(zhuǎn)速從0~6000r/min以1000r/min為載荷步增量，提取模態(tài)數(shù)為6，計算模型如下圖所示。
劃分網(wǎng)格添加簡支約束
在X軸的方向添加轉(zhuǎn)速
求解得到坎貝爾圖及臨界轉(zhuǎn)速。
4結(jié)果對比
剛性支撐時分別用BEAM188和SOLID186單元建模的臨界轉(zhuǎn)速結(jié)果如下
臨界轉(zhuǎn)速（r/min）
BEM188
SOLID186
1
1268.3
1237.3
2
1352.9
1318.3
3
3432.0
3372.1
4
4542.2
4364.2
5
5126.9
4903.0
6
5448.2
5358.5
因考慮陀螺效應(yīng)（回轉(zhuǎn)效應(yīng)）的單元算法不同、邊界條件難以完全一致、坎貝爾圖采用圖解算法確定臨界轉(zhuǎn)速等原因，采用BEAM188和SOLID186單元建模得到的計算結(jié)果必然存在一定的誤差，但是從振型上看，計算結(jié)果是基本一致的。
展開 beam單元與殼單元建模的彈性對標(biāo)（復(fù)材準(zhǔn)各向同性）
復(fù)材通過準(zhǔn)各向同性處理，梁單元與殼單元在對稱受載的情況下，結(jié)果的一致性良好，工況3為非對稱受載，故出現(xiàn)一致性差的結(jié)果
基于Beam單元建模的風(fēng)力發(fā)電葉片模態(tài)分析(附APL命令流&模型文件)
問題描述
針對
風(fēng)力發(fā)電葉片，
渦輪葉片，
機翼這種幾何形狀復(fù)雜的模型分析，一種
典型的建模方法就是使用殼單元或者實體單元創(chuàng)建葉片的三維有限元模型。
但是，但需要修改設(shè)計,設(shè)計中一點微小的變化可能就會導(dǎo)致三維模型的完全重建，針對這樣復(fù)雜的三維模型的反復(fù)重建是不方便的。
在
初步設(shè)計階段，
為初步計算
葉片的整體機械響應(yīng)
，簡化模型
是一
種
便捷的方法
。
本文
基于ANSYS中Beam單元先進(jìn)的截面建模能力
，以最小的建模工作量和計算成本對復(fù)合材料的渦輪葉片進(jìn)行了模態(tài)分析。
主要包含：
Beam單元介紹
建模與分析過程
Beam單元介紹
Beam單元可以模擬不同種截面類型的梁，主要有：(1)ANSYS預(yù)定義的截面，如圖有11種常見的梁截面形狀;（2）更具慣性矩、面積等信息用戶自定義的任意截面；（3）用戶根據(jù)面網(wǎng)格的定義的截面。
后文我們主要是利用這里可以將面網(wǎng)格做過梁單元截面功能進(jìn)行葉片截面，有點類似與幾何建模種掃描方式。
建模與分析過程
步驟一：建立梁截面幾何形狀，并劃分網(wǎng)格，每個截面通過命令secwrite保存為一個網(wǎng)格文件。
以9個截面表示葉片的不同段的截面形狀，其中兩個截面形狀之間是線性過渡的,
步驟二：材料指定
這種葉片一般由復(fù)合材料制造，因此這里涉及到各項異性材料定義。分別定義各個方向的模量，泊松比等材料屬性。
展開 基于ANSYS經(jīng)典界面的實體-板單元連接建模
（3）上述兩種單元需要建立連接關(guān)系。實心單元每個節(jié)點有3個自由度，而殼單元每個節(jié)點有6個自由度，如何建立連接關(guān)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(chuàng)建接觸對，并且要對目標(biāo)-接觸單元的關(guān)鍵字進(jìn)行設(shè)置。下面的絕大多數(shù)操作都是圍繞該命令進(jìn)行的。
【求解步驟】
1.前處理
1.1 創(chuàng)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(shè)置了關(guān)鍵字，這些關(guān)鍵字的設(shè)置是使用后面的命令“SHSD”所必須的。
1.2 創(chuàng)建實常數(shù)
R,1,0.02
R,2
R,3
R,4
R,5
這里創(chuàng)建了5個實常數(shù)。
第1個實常數(shù)用于定義空心梁的厚度
第2-5個實常數(shù)分別用于定義4個接觸對。
1.2 創(chuàng)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(chuàng)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(chuàng)建了一個長方體，
然后刪除了體本身，留下構(gòu)成長方體的面，線和關(guān)鍵點。
最后又刪除了兩端的面。
結(jié)果如下圖。
1.4 創(chuàng)建空心梁與實心梁的連接部分
BLOCK,-0.15,0.15,-0.15,0.15,0.98,1
上述命令創(chuàng)建了實心梁和空心梁的聯(lián)接部分，是一塊實心板。
展開 基于COMSOL的螺栓連接 的幾種有限元建模方
基于COMSOL的螺栓建模方法總結(jié)1.pdf
目錄
1. 螺栓連接的基本知識
螺紋類型、參數(shù)、螺栓連接類型
預(yù)緊力與防松
主要失效模式與提高連接強度的方法
螺栓等級與預(yù)緊力
2
. 基于COMSOL 軟件的操作演示
詳細(xì)的操作過程見視頻
基于梁單元建模的多螺栓連接的轉(zhuǎn)鼓模態(tài)仿真 ￥20
[圖片]
五種不同建模方式的法蘭螺栓連接分析
（本例目的在于不同建模方式的螺栓聯(lián)接模擬對比，暫不考慮法蘭的強度校核及墊片的密封性能。）
分別采用五種不同的螺栓聯(lián)接方式模擬：
（1）無螺栓、綁定接觸；
（2）無螺栓、梁連接；
（3）線體梁螺栓；
（4）實體螺栓（無螺紋）；
（5）實體螺栓（有螺紋）。
由于模型及載荷對稱，因此分析模型取一半，螺栓聯(lián)接分別采用3D實體模型及采用體-體梁聯(lián)接模型，法蘭一段接管延伸足夠長度（大于2.5√RT），假設(shè)支架固定在接管端，螺栓預(yù)緊力為25kN。
方法1：無螺栓、綁定接觸
無螺栓、綁定接觸是最簡單的方法，在連接組件的接觸面之間定義綁定接觸，這個簡化方式會使結(jié)構(gòu)過于剛性，且無法得到每個螺栓的載荷。
從圖2、圖3可以看出法蘭端部側(cè)彎變形最大，為0.0816mm；接管端部應(yīng)力最大為22.8MPa。同時可以使用Contact Tool查看法蘭接觸壓力，如圖4所示。接觸壓力顯示彎曲一側(cè)壓緊為正壓力1.13MPa，另一側(cè)負(fù)壓力為-3.1MPa，表示此處接觸面會分離。
?
方法:2：無螺栓、梁連接
本模型中，梁連接是唯一將法蘭連接在一起的，螺栓承受所有載荷，結(jié)果通常更保守，后續(xù)手工計算確定螺栓是否失效。在接觸設(shè)置中添加梁連接，輸入等效圓柱梁半徑，參考位置為兩連接法蘭外端面，其影響范圍由彈球區(qū)域控制。
可以得到法蘭端部側(cè)彎變形增加到0.092mm，接管端部應(yīng)力強度最大值為22.813MPa。同時可以采用Beam Probe得到梁的軸向力、剪切力、扭矩和彎矩。
?
方法3：線體梁螺栓
在DM中創(chuàng)建線體梁，將法蘭連接在一起，考慮螺栓預(yù)緊力，因此求解步驟分為螺栓預(yù)緊及預(yù)緊后的操作工況兩步。如果考慮墊片行為，則可進(jìn)一步做法蘭密封性能的評估。
展開 基于ANSYS經(jīng)典界面的實體-板單元連接建模
（3）上述兩種單元需要建立連接關(guān)系。實心單元每個節(jié)點有3個自由度，而殼單元每個節(jié)點有6個自由度，如何建立連接關(guān)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(chuàng)建接觸對，并且要對目標(biāo)-接觸單元的關(guān)鍵字進(jìn)行設(shè)置。下面的絕大多數(shù)操作都是圍繞該命令進(jìn)行的。
【求解步驟】
1.前處理
1.1 創(chuàng)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(shè)置了關(guān)鍵字，這些關(guān)鍵字的設(shè)置是使用后面的命令“SHSD”所必須的。
1.2 創(chuàng)建實常數(shù)
R,1,0.02
R,2
R,3
R,4
R,5
這里創(chuàng)建了5個實常數(shù)。
第1個實常數(shù)用于定義空心梁的厚度
第2-5個實常數(shù)分別用于定義4個接觸對。
1.2 創(chuàng)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(chuàng)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(chuàng)建了一個長方體，
然后刪除了體本身，留下構(gòu)成長方體的面，線和關(guān)鍵點。
最后又刪除了兩端的面。
結(jié)果如下圖。
展開 