梁与壳的连接.doc

问题请教各位: 在对有限元模型划分单元时, 打算一部分用梁单元划分, 另一部分用壳单元划分(如果全部用壳单元进行划分则计算时间太长, 而且也没有必要)。这样就出现了一个问题: 梁单元和壳单元的节点不一样, 变形不协调, 给连接造成困难。我查过一些资料, 说不同单元之间的连接可以采用一种刚性杆或刚性片的单元(可能有些文献也称之为约束单元) ,但是具体怎么操作却没于明确说明,现想请教大家这个问题。谢谢! 答案: 1 可以采用能 CE 的方法来建立约束方程,其实就是约束各节的协调变形 2 可以建立刚性区域的方法, 将梁单元与壳单元的连接处的壳单元的刚性改成无限大就可以了3 可以采用 MPC184 的刚性梁单元来处理,即在梁与壳的连接处建立一个刚性很大的梁单元来实现。三、梁与壳体的连接 2D 梁单元节点: UX 、 UY 和 ROTZ ; 3D 梁单元节点自由度: UX 、 UY 、 UZ 、 ROTX 、 ROTY 、 ROTZ 及 WARP 板壳单元实际具有 5 个自由度: UX 、 UY 、 UZ 、 ROTX 和 ROTY 。引入第 6 个即面内转动自由度 ROTZ ,其意义与梁单元的 ROTZ 不同。 2D 实体单元节点自由度: UX 和 UY ; 3D 实体单元节点自由度: UX 、 UY 和 UZ 。由于梁壳体单元节点的自由度个数或自由度物理意义不同, 因此要考虑梁单元与板壳单元、体单元连接时的自由度问题。梁与壳体的连接可分为如下 4 种情况讨论: ①梁单元与壳体单元铰接时的情况; ② 2D 梁单元与 2D 实体单元刚接时的情况; ③ 3D 梁单元与板壳单元刚接时的情况; ④ 3D 梁单元与 3D 实体单元刚接时的情况。 1. 梁单元与壳体单元铰接因梁单元平动自由度与实体单元平动自由度物理意义相同, 因此当梁单元与实体单元铰接时, 只要具有公共节点就无需约束方程; 或者不具有公共节点但具有重合的节点时, 直接耦合节点的平动自由度即可。梁单元与板壳单元因有 5 个自由度物理意义相同,因此当单元间具有公共节点时,不是铰接, 而是除 ROTZ 外的一种刚性连接。如果欲使梁单元与板壳单元铰接, 就必须采用主从节点的方法, 即无公共节点但在同一位置建立各自的节点, 然后耦合平动自由度。或者, 对于有节点自由度释放功能的梁,释放适当的节点自由度。 2. 2D 梁单元与 2D 实体单元刚接处理方法: ★约束方程法★虚梁法★ MPC 法等。原理:建立自由度之间的关系方程。注意: 由于所建立自由度之间的关系都采用了局部区域的节点, 因此所得结果在局部范围内可能造成应力集中,后处理中应予以注意。 3. 3D 梁单元与板壳单元刚接梁单元与板壳单元有 5 个自由度物理意义相同, 因此当单元间具有公共节点时, 只需建立梁单元自由度 ROTZ 与板壳单元其他自由度之间的约束方程。 3D 梁单元与板壳单元的刚性连接: ★梁与壳面垂直或穿过壳面★梁包含在壳面内★梁在壳面内但不包含⑴梁与壳面垂直或穿过壳面的情况梁垂直于板壳或穿过壳面的情况, 可建立梁单元自由度 ROTZ 与板壳单元其他自由度之间的约束方程。图A 为一方板,在方板中心位置焊接一圆柱杆件,圆柱杆件顶端固结,方板四角作用有集中力。图 B 为梁与壳简化计算的几何模型,图 C 为有限元模型,图 D 为梁与壳连接点局部的单元的节点编号,按图中坐标系,节点 2 自由度 ROTZ 与其余节点自由度之间的关系为: 写成标准方程形式如下: ! 3D 梁单元与板壳单元刚接 finish $ /clear $ /prep7 l1= $ t= $ l2=1 $ r= $ p=20000 $ q=300 ! 板宽、板厚、柱高、柱半径、荷载 et,1,shell63,,,2 $ et,2,beam189 ! 定义两类单元:壳和梁单元 mp,ex,1, $ mp,prxy,1, $ r,1,t ! 定义材料性质及实常数(壳厚度) sectype,1,beam,csolid $ secdata,r ! 定义梁截面及数据:实心圆柱 blc5,,,l1,l1 $ wprota,,90 $ asbw,all ! 创建方板,并切分为 4 部分 wprota,,,90 $ asbw,all $ wpcsys,-1 k,50,,,l2+t/2 $ kp0=kp(0,0,0) $ l,50,kp0 ! 创建点 50、获取 0,0,0 处点号、连线 lsel,s,loc,z,,l2 ! 选择(柱)线 latt,1,,2,,,,1 $ lesize,all,,,4 $ lmesh,all ! 赋予属性、定义划分个数、划分网格 aatt,1,1,1 $ esize, ! 赋予面