ansys半剛接模擬

2017-03-05 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

一般根據(jù)實(shí)際情況接合點(diǎn)使用剛接或者鉸接,但是有些情況卻需要使用介于兩者之間的一種接合,稱作半剛接。說它是鉸接,但是它卻能承受矩的作用,說它是剛接,但是它在對(duì)應(yīng)矩作用下的變形卻并非如此。這種連接設(shè)置通常用在腳手架等扣件結(jié)構(gòu)中,如下圖所示:

這種結(jié)構(gòu)在柱與橫梁之間能夠以一定的剛度傳遞不同方向的矩。因此要準(zhǔn)確模擬這種結(jié)構(gòu)需要知道各個(gè)方向上的等效轉(zhuǎn)動(dòng)剛度。下面我就在ansys之中如何模擬這一結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡易的說明。(由于僅僅是做簡易說明,因此模型相當(dāng)簡易,并且各參數(shù)定義比較隨便)

模擬問題

上述模型中,A,C全約束,D點(diǎn)施加一個(gè)繞柱方向1N的力,B處使用半剛接模擬,試求在該工況下該梁柱的變形以及內(nèi)力圖。

幾何模型

柱長2m,橫梁長1m,截面為內(nèi)徑0.02m,外徑0.03m的管材。模型建立很簡單,但是要注意,B處由于要模擬半剛接,因此柱AC與橫梁BD在B處并不是共節(jié)點(diǎn)的,因此B除需要建立兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn),一個(gè)位于柱上,另一個(gè)位于橫梁上。

單元選擇與關(guān)鍵字

由于需要繪制內(nèi)力圖,因此選擇高階梁單元beam189來模擬橫梁與柱。半剛性使用彈簧阻尼單元combine14來模擬,由于需要建立三個(gè)方向的轉(zhuǎn)動(dòng)剛度,因此選擇建立三個(gè)彈簧單元,分別設(shè)定關(guān)鍵字為4,5,6,也即分別具有rotx,roty,rotz方向上的自由度,如下:

彈簧單元實(shí)常數(shù)

k是指彈簧剛度,cv1與cv2是阻尼方面的參數(shù)(這里不進(jìn)行說明),ilen與ifor是設(shè)置扭轉(zhuǎn)彈簧的初始轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)和初始扭矩,這兩項(xiàng)在有預(yù)緊的情況下根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置,上述只設(shè)置了1N.m的轉(zhuǎn)動(dòng)剛度。

梁柱截面與材料

截面參數(shù)在section里面進(jìn)行定義,材料就使用普通的低碳鋼理想線彈性材料,弾性模型2e11Pa,泊松比0.3

梁柱節(jié)點(diǎn)耦合

由于橫梁與柱之間只考慮轉(zhuǎn)動(dòng)剛度,平動(dòng)自由度是完全傳遞的,因此需要耦合B處柱與衡量的三個(gè)方向平動(dòng)自由度。使用方式如下:

然后在彈出的對(duì)話框中設(shè)置需要耦合的自由度,分別耦合三個(gè)方向自由度即可。

彈簧單元建立

選擇相應(yīng)彈簧單元及其屬性以后,利用重合處的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)建立三個(gè)方向上的彈簧單元。

約束與加載

上述有限元模型建立完成以后,分別按前面所述工況設(shè)置柱的上下節(jié)點(diǎn)全約束,橫梁外伸處端點(diǎn)施加一個(gè)沿柱坐標(biāo)系下的切向力,大小1N(需要提前將該處節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)至柱坐標(biāo)系下)

求解設(shè)置

如果需要后續(xù)提取曲線就設(shè)置一定的子步數(shù)并且全輸出,這里只用分析受力圖,因此不做處理。大變形在該分析中也可以不用打開。

后處理

橫梁轉(zhuǎn)動(dòng)位移云圖

和預(yù)測結(jié)果一樣,在1N.m的切向力作用在1N.m的扭轉(zhuǎn)彈簧上,橫梁轉(zhuǎn)動(dòng)角度應(yīng)該是1弧度。

柱扭矩圖

由于柱的上下施加的是對(duì)稱的全約束,中間施加1N.m的扭矩,為了保持幾何協(xié)調(diào)方程,因此扭矩圖應(yīng)該是反對(duì)稱,且上下數(shù)值大小均為0.5N.m。

整體彎矩圖

從上面分析結(jié)果可以看出,分析結(jié)果和理論完全一致,說明彈簧單元的半剛性設(shè)置的確起到了應(yīng)有的效果。當(dāng)然,該分析中彈簧單元可以擴(kuò)展到局部坐標(biāo)系,也可以擴(kuò)展到非線性彈簧單元。整體結(jié)果也可以擴(kuò)展到更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。不過如果要建立大型半剛接的話,最好使用命令流相關(guān)語句進(jìn)行操作,會(huì)節(jié)省大量時(shí)間。

最后再啰嗦一句,一個(gè)例子不只是一個(gè)例子。知道如何對(duì)一個(gè)簡單的例子進(jìn)行核心思想的提取然后進(jìn)行無限的拓展也是學(xué)習(xí)有限元很重要的一個(gè)能力。

由于水平有限,文章中難免有錯(cuò)誤。特別感謝能指出錯(cuò)誤并且互相交流的朋友,這也是我們不斷學(xué)習(xí)的動(dòng)力。

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