梁殼剛接
關(guān)注創(chuàng)建者：老白CAE 創(chuàng)建時(shí)間：2018-08-02
梁殼剛接的實(shí)例教程
前面文章主要講解了2d梁單元與2d實(shí)體單元的剛接問題，今日主要講解3d梁單元與殼單元的剛接問題。前面文章有講，梁單元除ROtZ外與殼單元有5個(gè)自由度物理意義相同，因而，當(dāng)需要考慮梁單元與殼單元的剛接問題時(shí)，只需考慮該自由度與殼單元其他自由度的約束方程。具體處理方式可根據(jù)實(shí)際情況采用不同的處理方法。
3d梁單元與殼單元?jiǎng)傂赃B接按照位置關(guān)系的不同，可分為三類：
1）梁單元以一定角度與殼單元相交。
2）梁單元包含在殼單元內(nèi)。
3）梁單元在殼面但不包含的情況。
下面對這三類情況分別進(jìn)行闡述。
一、梁單元以一定角度與殼單元相交
該類情況示意圖如下：
此種方式可以通過梁單元自由度ROTZ與殼單元其他自由度之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，建立約束方程，命令流為CE。很多教材上面都有梁單元垂直穿過殼單元的經(jīng)典案例，例如一個(gè)典型的采用CE建立約束方程的命令流如下：
CE,1,0,142,ux,1,23,ux,-1,2,rotz,ny(142)-ny(58)
CE,2,0,92,uy,1,30,uy,-1,2,rotz,-(nx(92)-nx(30))
此種處理方式水哥個(gè)人不推薦，一則建立數(shù)學(xué)關(guān)系太煩，二則在一個(gè)工程中，如果此類情況較多，工作量實(shí)在太大，所以一般這類情況我們是通過建立剛性區(qū)域解決，這種方式會自動生成約束方程，雖不如之間建立約束方程合理，但能大大減少工作量。
關(guān)于剛性區(qū)域的討論，下期文章講解。
二、梁單元包含在殼面內(nèi)的情況
此種情況應(yīng)該是工程中最多的情況，典型情況便是我們經(jīng)常所見樓板與梁的連接。
展開 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(shí)候，我們使用梁單元的頻率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(guān)鍵。
梁單元與桿單元不同之處在于節(jié)點(diǎn)除了有平動自由度之外，還附加有轉(zhuǎn)動自由度。針對2D梁單元，節(jié)點(diǎn)具有Ux、Uy以及Rotz三個(gè)自由度；針對3D梁單元，節(jié)點(diǎn)具有Ux、Uy、Uz以及Rotx、Roty、Rotz以及WaRp(僅Beam18x系列單元)。
板殼單元實(shí)際上具有五個(gè)自由度，分別為Ux、Uy、Uz以及Rotx、Roty，但很多時(shí)候引入了第六個(gè)面內(nèi)轉(zhuǎn)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(shí)體單元節(jié)點(diǎn)自由度僅有Ux、Uy，3D實(shí)體單元節(jié)點(diǎn)自由度包含Ux、Uy、Uz。
從上面可見，不同單元類型其節(jié)點(diǎn)自由度的數(shù)目以及含義不一樣，因而在處理單元連接時(shí)，需根據(jù)實(shí)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(shí)體單元鉸接；
2）2D梁單元與2D實(shí)體單元剛接；
3）3D梁單元與殼單元剛接；
4）3D梁單元與3D實(shí)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(jié)點(diǎn)自由度類型可見，梁單元與體單元節(jié)點(diǎn)的平動自由度物理意義相同，因此如果需實(shí)現(xiàn)梁單元與實(shí)體單元的鉸接，兩者共用節(jié)點(diǎn)即可；也可兩者無共用節(jié)點(diǎn)，但具有重合節(jié)點(diǎn)時(shí)，直接耦合節(jié)點(diǎn)的平動自由度。
然殼單元與梁單元的節(jié)點(diǎn)自由度除了Rotz有所不同外，其余5個(gè)自由度皆具有相同的物理意義，因而當(dāng)梁單元與殼單元具有公共節(jié)點(diǎn)時(shí)，可認(rèn)為是除了Rotz外的一種剛性連接，例如最常見的建筑結(jié)構(gòu)梁板體系的模擬。
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梁殼剛接的最新內(nèi)容
</p><p>圖7 歷程輸出（方便后續(xù)在可視化步驟中直接輸出荷載位移曲線）</p><p>4、 相互作用</p><p>在混凝土內(nèi)部設(shè)置的拉結(jié)筋與混凝土之間通過嵌固約束實(shí)現(xiàn)連接；拉結(jié)筋與鋼板則通過合并約束形成統(tǒng)一受力整體；混凝土與鋼板的接觸面采用面面接觸設(shè)置，其中法向定義為硬接觸，切向按實(shí)際工況賦予摩擦系數(shù)；栓釘與鋼板之間采用綁定約束處理；墊塊與鋼板同樣通過綁定約束實(shí)現(xiàn)連接；加載參考點(diǎn)與墊塊之間則通過剛接約束實(shí)現(xiàn)荷載傳遞
有時(shí)我們剛坐下來準(zhǔn)備找PPT時(shí)，下面的用戶就直接說了能不能把軟件打開對著軟件介紹。
圖3 網(wǎng)格劃分
2.4 邊界條件和預(yù)應(yīng)力施加
（1）邊界條件
柱端和梁端約束X、Y和Z方向的位移，模擬鉸接約束。
（2）預(yù)應(yīng)力施加
預(yù)應(yīng)力鋼筋中的預(yù)應(yīng)力是通過降溫進(jìn)行施加的。
2.5 加載制度
（1）柱頂軸壓
以0.3為軸壓比控制值，在柱頂施加恒定軸向荷載N。
圖3 網(wǎng)格劃分
2.4 邊界條件和預(yù)應(yīng)力施加
（1）邊界條件
柱端和梁端約束X、Y和Z方向的位移，模擬鉸接約束。
（2）預(yù)應(yīng)力施加
預(yù)應(yīng)力鋼筋中的預(yù)應(yīng)力是通過降溫進(jìn)行施加的。
2.5 加載制度
（1）柱頂軸壓
以0.3為軸壓比控制值，在柱頂施加恒定軸向荷載N。
其中圓管型梁工藝簡單，成本低廉，剛強(qiáng)度好，應(yīng)當(dāng)是電池包防護(hù)梁的首選。
圖4 各種電池包防護(hù)梁
防護(hù)梁的安裝布置要注意以下三點(diǎn)：
防護(hù)梁應(yīng)裝在車身上，不要直接裝在電池包上，以避免防護(hù)梁將載荷傳遞到電池包。
防護(hù)梁最下緣應(yīng)比電池包底面至少低10mm，保證防護(hù)梁先于電池包與地面突起物接觸。
對于多段連續(xù)體或軟機(jī)械臂，將每個(gè)CC段接合在一起，就可以得到分段常曲率(PCC)模型[67]，是軟體機(jī)械臂常用的建模方法。Trivedi等[68]利用梁理論和Cosserat桿理論，提出了一種更為復(fù)雜的梁理論建模方法。Martín等[69]提出了一種基于循環(huán)坐標(biāo)下降(CCD)的自然-CCD算法，用于求解超冗余柔性機(jī)器人的逆運(yùn)動學(xué)問題。
七、 LS-DYNA 是否只能進(jìn)行殼元素的分析？
解答：
LS-DYNA 不只能分析實(shí)體元素(Tetra、 Hexa)、 薄/厚殼元素(Quad.、 Tri)， 同時(shí)還有梁元素、
質(zhì)點(diǎn)、 Spring/Damper、 spotweld 等元素型態(tài)， 另外還有 SPH element。
可用于汽車鋁合金輪轂、底盤、門板、動力電池托盤、電池箱體、電機(jī)殼等部件。
圖8 B柱加速度計(jì)設(shè)置位置
4、截面布置
截面力是考察汽車碰撞過程中力傳遞方向和大小的有效方法，輸出截面力的截面一般設(shè)置在車身主要的吸能部件，如正碰中的吸能盒、前縱梁、A柱和門檻梁等；側(cè)碰中的門檻梁、B柱、頂橫梁、座椅安裝橫梁等部位，可根據(jù)需要輸出各部位的截面力。見下圖9所示。
<strong>學(xué)習(xí)梁單元的重點(diǎn)有四個(gè)：1如何用梁單元替代桿單元；2梁單元的偏移設(shè)置，具體設(shè)置可查看后文實(shí)例三（梁單元的偏移）；3梁單元的剛接和鉸接，具體設(shè)置可查看后文實(shí)例四（梁單元的剛接和鉸接）；4梁單元計(jì)算結(jié)果的查看，具體設(shè)置可查看后文實(shí)例五（梁單元的后處理）。</strong></p>
