梁-梁接觸仿真的案例
MSC.MARC模擬的梁-梁接觸
它提供了豐富的結(jié)構(gòu)單元、連續(xù)單元和特殊單元的單元庫，幾乎每種單元都具有處理大變形幾何非線性,材料非線性和包括接觸在內(nèi)的邊界條件非線性以及組合的高度非線性的超強(qiáng)能力。
SimC智囊團(tuán)成員使用的2005r2版本更是GUI設(shè)計(jì)良好，操作簡單易上手。分析有限元模型的同時(shí)，可以打開office、MATLAB等軟件進(jìn)行辦公，絲毫不像ANSYS，ABAQUS，跑模型的同時(shí)也霸占了整個(gè)電腦資源。最最重要的是，收斂性非常的好，混凝土本構(gòu)下降段的計(jì)算不在話下，使得非線性分析的計(jì)算效率大大提高。
SimC希望通過幾個(gè)簡單的有限元分析模型，拋磚引玉，為推廣Marc在土木工程領(lǐng)域的應(yīng)用做出一點(diǎn)貢獻(xiàn)。主要涉及：結(jié)構(gòu)靜力彈塑性分析，動(dòng)力學(xué)分析（地震作用、移動(dòng)荷載等），接觸分析，大變形，預(yù)應(yīng)力、屈曲分析、熱分析（火災(zāi)分析、焊接）。模型主要來源于SimC有問必答群里的交流提問，下面將介紹如何在Marc里實(shí)現(xiàn)梁梁接觸。
一、前處理
1.有限元建模及邊界條件
如圖1所示，建立兩根長度分別為2米的十字交叉梁，高度差0.1米。梁的幾何屬性參數(shù)分別為梁截面面積，慣性矩、局部坐標(biāo)系方向以及接觸半徑，這里選擇52號(hào)梁單元，即歐拉梁單元。梁寬、高分別為0.2、0.5米，局部X軸沿整體坐標(biāo)系的Z方向。
不考慮材料的彈塑性和損傷開裂，為每根梁賦予3E10的彈性模型和0.2的泊松比。
其次，定義三類邊界條件，包括梁的支座條件及加載條件。為了后處理中能夠看出整個(gè)加載過程同時(shí)也便于收斂，這里選擇控制位移加載，并逐步增加到設(shè)定的目標(biāo)位移值0.2米。
1、有限元模型
1.接觸定義
根據(jù)常識(shí)可知，在向下的強(qiáng)制位移荷載作用下，發(fā)生接觸的部位僅可能是中間兩個(gè)單元。
展開 【APDL Showcase】套管包裹的多束線圈分析（梁-梁接觸）
每個(gè)模型使用不同的單元類型和接觸類型：面對(duì)面接觸、梁對(duì)面接觸 和 梁對(duì)梁接觸。比較表明，采用梁-梁接觸的梁模型在簡化建模和減少計(jì)算時(shí)間方面具有最佳優(yōu)勢(shì)。
重點(diǎn)展示以下特點(diǎn)和功能：
1、通過CONTA177 單元建立梁-梁和梁-表面的接觸
2、梁之間的內(nèi)部接觸（Pipe單元內(nèi)部嵌套Beam單元）
研讀分享不易，如果覺得本文有價(jià)值，請(qǐng)不吝點(diǎn)贊、關(guān)注！
【簡介】
多束(多線)線圈和多股電纜主要用于醫(yī)療設(shè)備和汽車工業(yè)。一個(gè)例子是可植入的導(dǎo)線，它可能是醫(yī)療設(shè)備的一部分，如心臟除顫器。通常對(duì)電纜和線束進(jìn)行建模和彎曲分析來模擬實(shí)際物理行為。使用實(shí)體單元來分析這些類型的結(jié)構(gòu)在計(jì)算成本上是昂貴的。此時(shí)，使用梁-梁接觸的梁模型通過簡化建模提供了快速和準(zhǔn)確的解決方案。
【案例介紹】
對(duì)上圖所示的套管包裹的多束線圈模型進(jìn)行了彎曲分析。該結(jié)構(gòu)由五絲金屬線圈嵌套在聚合物套管之內(nèi)組成。該管長3.45 mm，外半徑為0.43 mm，內(nèi)半徑為0.36 mm。線圈的導(dǎo)線半徑為0.05 mm，導(dǎo)線之間初始間隙為0.0125 mm。
在每個(gè)模型中定義了兩個(gè)接觸對(duì)：一個(gè)是線圈之間自接觸對(duì)，一個(gè)是線圈和聚合物套管之間的接觸對(duì)。應(yīng)用彎曲邊界條件，將管材和線圈的一端固定，另一端繞Y軸旋轉(zhuǎn)1.2弧度。
定義了三種使用不同單元和接觸類型的模型，其主要區(qū)別見下表：
三種建模方式的簡圖如下圖所示：（對(duì)應(yīng)編號(hào)）
【核心命令流】
本例中關(guān)鍵命令為設(shè)置CONTA177的單元關(guān)鍵字：
!!!!!!!!!!!!!!梁-梁(平行線圈之間）接觸單元關(guān)鍵字!!!!!
展開 案例51-用梁-梁接觸建模的管內(nèi)多絲線圈
每個(gè)模型使用不同的接觸場(chǎng)景：面-面、梁-面或梁-梁。比較表明，使用梁-梁接觸的梁模型在簡化建模和減少計(jì)算時(shí)間方面具有最佳優(yōu)勢(shì)。
重點(diǎn)介紹了以下特性和功能：
• 通過CONTA177單元建模的梁-梁和梁-面接觸
• 橫梁之間的內(nèi)部接觸
介紹和問題描述
多線線圈和多股電纜主要用于醫(yī)療設(shè)備和汽車行業(yè)。一個(gè)例子是植入式導(dǎo)線，它可能是心臟除顫器等醫(yī)療設(shè)備的一部分。
通常進(jìn)行彎曲分析以模擬電纜和線束，以模擬線圈線或電纜股水平的實(shí)際物理行為。使用實(shí)體單元分析這些類型的結(jié)構(gòu)在計(jì)算上可能很昂貴。另一方面，具有梁-梁接觸的梁模型提供簡化建模的快速準(zhǔn)確的解。
對(duì)可植入導(dǎo)線模型進(jìn)行彎曲分析。該結(jié)構(gòu)由聚合物管殼內(nèi)的五線金屬線圈組成。管長3.45 mm，外徑0.43 mm，內(nèi)徑0.36 mm。線圈導(dǎo)線的半徑為0.05 mm，導(dǎo)線之間的初始間隙為0.0125 mm。
在每個(gè)模型中定義了兩個(gè)接觸對(duì)：一個(gè)用于線圈的線-線接觸的自接觸對(duì)，以及線圈和管之間的一個(gè)接觸對(duì)。要應(yīng)用彎曲邊界條件，管和線圈的一端固定，另一端繞Y軸旋轉(zhuǎn)1.2弧度。
創(chuàng)建了三種不同的模型：
1. 實(shí)心管和實(shí)心線圈
2. 實(shí)心管和梁線圈
3. 束管和束線圈
使用的具體單元類型和接觸模型如下：
三種類型的網(wǎng)格如下：
建模
建模五絲線圈
線圈的半徑為0.3mm，導(dǎo)線的半徑為0.05mm，導(dǎo)線之間的初始間隙為0.0125mm。
情況1：創(chuàng)建了五層實(shí)心螺旋線圈，并用SOLID186單元?jiǎng)澐志W(wǎng)格；見下圖（a）。
情況2和情況3：創(chuàng)建螺旋線圈的線模型，并用BEAM189單元?jiǎng)澐志W(wǎng)格；見下圖（b）。
建模管
管長3.45mm，外徑0.43mm，內(nèi)徑0.36mm。
展開 abaqus梁接觸問題
要考慮梁之間的接觸怎么設(shè)置梁之間的接觸對(duì)
基于柔性梁的受電弓/接觸網(wǎng)動(dòng)力學(xué)分析
建立簡化的受電弓模型，滑板與高壓線之間施加199 PCM接觸力元，參數(shù)設(shè)置如下。
建立后簡化的模型如下圖所示。
仿真結(jié)果
這個(gè)Demo模型主要是為了介紹如何使用Simbeam建立接觸網(wǎng)，對(duì)實(shí)際模型進(jìn)行了大量的簡化，參數(shù)也沒有參考實(shí)際數(shù)據(jù)設(shè)置，這些還都需要后續(xù)進(jìn)一步工作來完善。
這個(gè)模型中滑板使用的是剛性體，后續(xù)也可以使用Simbeam建立滑板離散梁柔性體，使之與接觸網(wǎng)進(jìn)行接觸仿真。
來源：MBD之家
ANSYS Workbench汽車防撞梁碰撞仿真，附講解視頻及模型文件 ￥88
ANSYS Workbench防撞梁碰撞仿真指導(dǎo)手冊(cè)
本案例文檔，適合本科畢業(yè)設(shè)計(jì)水平，具有極高參考價(jià)值，請(qǐng)合理使用文檔。涉及汽車防撞梁結(jié)構(gòu)的幾何處理，模型建立，碰撞分析，結(jié)果處理等各個(gè)方面。設(shè)置方法程詳細(xì)，結(jié)果結(jié)果合理。相關(guān)復(fù)合材料鋪層均可使用該文檔方法設(shè)置完成。
附帶詳細(xì)講解視頻和案例模型
1. 概述
本手冊(cè)旨在指導(dǎo)用戶使用ANSYS Workbench進(jìn)行防撞梁碰撞仿真分析。通過幾何處理、材料定義、網(wǎng)格劃分、接觸設(shè)置、邊界條件定義、計(jì)算參數(shù)配置及結(jié)果分析等步驟，完成從建模到仿真的全流程操作。本手冊(cè)適用于結(jié)構(gòu)工程師、仿真分析師及相關(guān)技術(shù)人員。
2. 幾何處理
2.1 幾何導(dǎo)入
推薦使用SpaceClaim或DesignModeler (DM) 進(jìn)行幾何前處理，二者在抽殼、幾何修復(fù)等操作中效率較高。也可選擇用其他三維CAD軟件（如SolidWorks、CATIA）導(dǎo)入幾何，但需確保導(dǎo)出格式兼容（如.stp、.igs）。
打開Workbench，進(jìn)入Geometry模塊。右鍵點(diǎn)擊Import Geometry，選擇防撞梁模型文件（如.stp格式）。點(diǎn)擊Generate生成幾何體，雙擊進(jìn)入該模塊，檢查模型完整性。也可以先打開該模塊，再導(dǎo)入幾何。
2.2 幾何簡化（抽殼）
防撞梁通常采用殼單元（Shell Element）簡化，以減少計(jì)算量。
操作步驟：在SpaceClaim/DM中選擇抽殼工具（Thin/Surface）。點(diǎn)擊目標(biāo)面，設(shè)置厚度方向（例如3mm），生成殼模型。隱藏實(shí)體模型（快捷鍵F9），僅顯示殼結(jié)構(gòu)。
幾何檢查：切換至線框模式（Wireframe），檢查自由邊（紅色顯示）。
展開 abaqus入門視頻懸臂梁受集中荷載（適合剛接觸軟件的新手）
abaqus入門視頻懸臂梁受集中荷載（適合剛接觸軟件的新手）
BCC點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)梁單元Abaqus壓縮仿真模擬-顯示動(dòng)力學(xué)質(zhì)量縮放 ￥19.89
本文通過abaqus顯示動(dòng)力學(xué)的方法對(duì)BCC結(jié)構(gòu)進(jìn)行壓縮仿真模擬，同時(shí)為減小計(jì)算量，采用梁單元模擬點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，壓頭設(shè)置為剛性面，添加質(zhì)量縮放，加快運(yùn)算速度，為點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)壓縮模擬提供一種便捷方法。
1. 建立BCC點(diǎn)陣模型,以單胞尺寸5X5X5為例。
a.首先建立立方體實(shí)體，然后對(duì)實(shí)體進(jìn)行處理，得到點(diǎn)陣單胞點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)。
b.建立單胞BCC梁單元點(diǎn)陣模型,然后進(jìn)行刪除面的操作，得到單胞BCC點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，接下來進(jìn)行陣列操作，得到最大外形尺寸為25x25x25的點(diǎn)陣壓縮模擬試件。
C.建立剛性壓板，設(shè)置參考點(diǎn)，模擬萬能試驗(yàn)機(jī)壓頭，剛性單元不參與計(jì)算，不影響計(jì)算結(jié)果，加快運(yùn)算速度。
2. 裝配，按壓縮試驗(yàn)進(jìn)行裝配，從上到下依次為壓板-點(diǎn)陣-壓板。
3.設(shè)置材料屬性，本文為鈦合金TC4，密度4.43e-9Tone/mm3,彈性模量為118000MPa，泊松比0.3，應(yīng)力應(yīng)變值見下表所示。
設(shè)置截面屬性Beam，定義截面半徑0.5mm
指派截面，定義方向[1,2,3]，完成材料屬性設(shè)置。
4.設(shè)置分析步Dynamic,Explicit，時(shí)間設(shè)置為5s，以每秒1mm的速度進(jìn)行壓縮模擬，開啟質(zhì)量縮放為1e-5，歷程輸出勾選位移和力，以便輸出力-位移曲線，然后計(jì)算相應(yīng)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。
5.設(shè)置相互作用-切向行為和法向行為，摩擦系數(shù)為0.3，設(shè)置通用接觸。
以下部分為付費(fèi)部分
展開 ansys仿真分析-梁懸臂施工
接下來是ansys箱梁懸臂施工仿真分析的模型,跨度不大,45+80+45,考慮到三向預(yù)應(yīng)力鋼筋,剛開始用面切割體來做鋼筋,做出來的模型實(shí)在是太大,0號(hào)塊就有10萬個(gè)自由度,做整橋的施工分析就不行了,下面是做的一個(gè)簡化的模型,具體如下:
1:用SOLID65來做混凝土,LINK8來模擬三向預(yù)應(yīng)力筋.
2:建立特征截面,把箱梁簡化成幾個(gè)參數(shù),通過循環(huán)生成整橋
3:劃分特征截面的單元,控制網(wǎng)格的生成,通過掃掠來橋梁的有限元模型
4:考慮在特征截面上的接點(diǎn)固定鋼筋,循環(huán)生成各施工段的鋼筋.
以下是命令流,請(qǐng)各位老師指教
fini
/clear
/prep7
/title,BRIDGE DAM SIMULATION,DEVELOPED BY YIFEICHONGTIAN
ET,1,SOLID65
ET,2,LINK8
MP,PRXY,1,0.1667
MP,DENS,1,2600
MP,EX,1,3.5E10
MP,EX,2,1.95E11
MP,DENS,2,7800
MP,PRXY,2,0.3
!預(yù)應(yīng)力鋼筋的特性
!縱向鋼筋,直徑15.24mm,標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度1860MPA，單根張拉控制噸位195.5kN
areagjx=1.81e-4 !縱向，橫向單根鋼筋面積
areahgjx=8.038e-4 !
展開 hypermesh-ansys聯(lián)合仿真-《梁單元4》 ￥1
在《hypermesh-ansys聯(lián)合仿真-梁單元3》中對(duì)比了梁單元和實(shí)體單元的結(jié)果，表明梁單元計(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），下面分別采用梁單元和殼單元分別計(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？造成這個(gè)結(jié)果的原因是什么？我們?nèi)绾卧?em>梁單元與殼單元之間做選擇
梁截面尺寸
展開 hypermesh-ansys聯(lián)合仿真-《梁單元1》
通過HyperBeam View創(chuàng)建圓形截面梁
點(diǎn)擊下圖進(jìn)入HyperBeam View視圖。
HyperBeam view視圖下開始都是空白的，在左側(cè)右擊空白區(qū)域在彈出的快捷菜單選擇創(chuàng)建，選擇ANSYS下預(yù)設(shè)的截面類型，選擇csolid即為圓形實(shí)體截面，新建的截面名稱命名為section_csolid。設(shè)置半徑為2，視圖區(qū)顯示截面效果，右側(cè)顯示截面的幾何屬性。
切換回到Model View視圖下，選中property下的section，將Hyper beam section設(shè)置為剛才新建的section_csolid，此時(shí)再通過設(shè)置在圖形區(qū)顯示出了梁的3D效果，如下圖的最下面圖標(biāo)。
>>>>>>>>>>
精彩鏈接：
《hypermesh-ansys聯(lián)合仿真-梁單元2》
《hypermesh-ansys聯(lián)合仿真-梁單元3》
《hypermesh-ansys聯(lián)合仿真-梁單元4》
《正確選擇梁單元及如何考慮梁剪切變形》
展開 
基于SIMSOLID、ANSYSWorkbench對(duì)側(cè)支梁仿真比較
由圖（d）可得，側(cè)支梁最大應(yīng)力發(fā)生在橫梁與固定量接觸處、側(cè)支撐梁與固定量接觸處、筋板內(nèi)鏤空?qǐng)A角處，且應(yīng)力最大量為45.7MPa。
（c）側(cè)支梁應(yīng)變?cè)茍D
（d）側(cè)支梁應(yīng)力云圖
圖7 SIMSOLID仿真結(jié)果
圖8為可得ANSYS/Workbench仿真結(jié)果，由圖8可知，ANSYS/Workbench與SIMSOLID仿真應(yīng)力應(yīng)變變化趨勢(shì)相似，ANSYS/Workbench下應(yīng)變最大量為0.796mm,比SIMSOLID仿真結(jié)果大0.051mm,應(yīng)變的變形趨勢(shì)以及變形位置與SIMSOLID一致。由ANSYS/Workbench應(yīng)力云圖可知，側(cè)支梁受力位置以及應(yīng)力變化趨勢(shì)與SIMSOLID相似，但是最大應(yīng)力部位與SIMSOLID不同，最大應(yīng)力處比較單一，發(fā)生在側(cè)支撐梁與固定量接觸處，除此應(yīng)力集中處，其他應(yīng)力值與SIMSOLID接近。這點(diǎn)說明SIMSOLID與ANSYS/Workbench在細(xì)節(jié)處有一定的差距，但這并不影響其整體分析結(jié)果，這是與ANSYS/Workbench的仿真精度可以隨網(wǎng)格的精度而變化，這是SIMSOLID需要提高的。這僅代表個(gè)人觀點(diǎn)，因?yàn)樽髡弑救四芰τ邢蕖?/span>
展開 經(jīng)典仿真案例教程：02- 懸臂梁的瞬態(tài)分析
懸臂梁的瞬態(tài)分析
介紹
本教程的目的是展示執(zhí)行簡單瞬態(tài)分析所涉及的步驟。
瞬態(tài)動(dòng)力分析是一種確定結(jié)構(gòu)在時(shí)變荷載作用下的動(dòng)力響應(yīng)的技術(shù)。
此類分析的時(shí)間范圍應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)的慣性或阻尼效應(yīng)。這種效應(yīng)起主要作用的情況是在階躍或脈沖載荷條件下，例如，在很短的時(shí)間內(nèi)有急劇的載荷變化。
如果考慮的荷載條件下慣性效應(yīng)可忽略不計(jì)，則可采用靜態(tài)分析。
對(duì)于我們的例子，我們將用沖擊力沖擊梁的末端，并觀察沖擊位置的響應(yīng)。
由于理想的沖擊力激勵(lì)結(jié)構(gòu)的所有模態(tài)，梁的響應(yīng)應(yīng)包含所有模態(tài)頻率。然而，我們無法從數(shù)值上產(chǎn)生理想的沖力。我們必須在離散時(shí)間dt上施加荷載。
在施加荷載后，我們跟蹤梁在離散時(shí)間點(diǎn)的響應(yīng)，只要我們?cè)敢猓ㄈQ于我們?cè)陧憫?yīng)中尋找的是什么）。
時(shí)間步長的大小取決于我們希望捕獲的結(jié)構(gòu)的最大模態(tài)頻率。時(shí)間步長越小，我們捕獲的模式頻率就越高。ANSYS中的經(jīng)驗(yàn)法則是
時(shí)間步長（time_step）=1/20f，其中f是我們希望捕獲的最高模式頻率。換言之，我們必須解決我們的步長，使我們將有20個(gè)離散點(diǎn)每周期的最高模式頻率。
應(yīng)注意的是，瞬態(tài)分析比靜態(tài)或諧波分析更為復(fù)雜。它需要對(duì)結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)行為有很好的了解。因此，應(yīng)首先對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行模態(tài)分析，以提供有關(guān)結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)行為的信息。
在ANSYS中，可以使用3種方法進(jìn)行瞬態(tài)動(dòng)力分析。
完整方法：這是最容易使用的方法。允許所有類型的非線性。然而，由于使用了完整的系統(tǒng)矩陣，因此這條路線占用的CPU非常多。
簡化法：該方法將系統(tǒng)矩陣簡化為只考慮主自由度。由于矩陣的尺寸減小，計(jì)算速度快得多。
展開 復(fù)合材料帽形梁RTM工藝仿真解決方案
此外，定義沖頭、模具、夾緊系統(tǒng)各自對(duì)單層板的接觸，摩擦系數(shù)定義為0.3。本文四層單層板都采用同一種纖維布，鋪層角度為（-45/45/45/-45），單層板厚0.25mm。
圖4 層合板沖壓模擬建模
層合板沖壓后，每個(gè)單層板的厚度發(fā)生變化，沖壓成型后的厚度云圖如圖5所示。由圖5可知，層合板沖壓后，纖維發(fā)生變形，帽形梁兩端和中間拐角處厚度最厚。圖6展示了沖壓后四層單層板的剪切角云圖，從圖中可知，帽形梁兩端和中間拐角處纖維發(fā)生變形最嚴(yán)重。從剪切角和厚度云圖可見纖維的剪切變形導(dǎo)致帽形梁局部厚度增加。
圖5 層合板沖壓后每層的厚度云圖
圖6 層合板沖壓后每層的剪切角云圖
本算例中，將帽形梁的鋪覆計(jì)算結(jié)果保存為DSY格式，用于RTM填充過程仿真模擬中。
4.2 RTM填充過程模
擬
PAM-RTM軟件是專業(yè)的RTM過程模擬軟件，能方便準(zhǔn)確地模擬RTM過程中樹脂的流動(dòng)、固化、速度、壓力、溫度等結(jié)果，優(yōu)化模具設(shè)計(jì)和工藝參數(shù)，降低設(shè)計(jì)生產(chǎn)周期和費(fèi)用，已成為工業(yè)界廣泛使用的RTM設(shè)計(jì)開發(fā)工具。本文采用PAM-RTM軟件模擬帽形梁的RTM填充過程，采用3D模型描述帽形梁，預(yù)測(cè)其填充過程，填充時(shí)間，壓力分布等。本文采用某碳纖維布，當(dāng)纖維未發(fā)生剪切變形時(shí)（即纖維剪切角為零），纖維體積分?jǐn)?shù)為60%，三個(gè)方向滲透率參數(shù)都為1 e-11 m^2，采用的樹脂粘度為0.1 Pa.s，注膠口樹脂流速為1e-6 m/s。
使用2.5D模型能很好的描述樹脂在面內(nèi)的流動(dòng)趨勢(shì)，但是無法描述樹脂在厚度方向的流動(dòng)情況。模擬鑲嵌件、復(fù)雜的厚制件層合板的RTM填充過程必須得考慮樹脂在厚度方向的流動(dòng)情況，特別是對(duì)于風(fēng)能行業(yè)而言。PAM-RTM軟件允許用戶進(jìn)行3D建模。
展開 Abaqus螺栓連接工字梁受力仿真案例講解
Abaqus螺栓連接工字梁受力仿真案例講解
