ANSYS 中 MPC 的應(yīng)用目 錄 1. 介紹 2. MPC用于SOLID-SOLID, SHELL-SHELL的連接 3. MPC用于SOLID-SHELL的連接 4. MPC用于SHELL-SHELL的連接 5. MPC用于SOLID-BEAM和SHELL-BEAM的連接 6. MPC用于FE模型與載荷點的連接 1.介紹： (1)什么是MPC? MPC的含義：多點約束，表達(dá)式可寫為： 示例： (2)為什么需要MPC?連接不同的網(wǎng)格： 如果幾何在拓?fù)渖鲜遣贿B接的，可以分別劃分網(wǎng)格，然后用MPC進(jìn)行連接各FE模型： (3) 使用MPC 做什么? a.連接不同的單元類型： 如果在連接區(qū)域使用了不同的單元類型，由于節(jié)點自由度不同，連通性是不一致的。使用MPC可以使FE模型的連通性一致。 b.施加遠(yuǎn)處的載荷： 如果載荷點不在FE模型上，使用MPC可以實現(xiàn)載荷點與FE模型的連接： (4)為什么不用已有的接觸算法？ a.結(jié)果可能依賴于接觸剛度： 現(xiàn)有的bonded接觸算法使用了懲罰方法(penalty method)，由于接觸剛度(引起病態(tài)條件)和穿透，可能會影響結(jié)果的精度。? b.即使對小變形問題也需要大量迭代才能達(dá)到滿意的平衡。 即使是線性問題，通常也需要迭代。? c. 在模態(tài)分析中，有時會出現(xiàn)虛假的自然頻率。 這是因為使用了接觸剛度。? d. 只處理平移自由度 - 對于接觸面與目標(biāo)面的距離非零的情況； - 不能處理Shell與beam裝配的情況。? e.只適于小應(yīng)變的情況 因為現(xiàn)有的CE方法總是使用初始的節(jié)點定位；? f.RBE3約束單元只支持低階單元 10節(jié)點四面體單元是最常使用的單元； g. 在RBE3的主節(jié)點上，不允許施加位移約束。 (5) 新的MPC方法的優(yōu)點? a.MPC方程由軟件內(nèi)部創(chuàng)建： 不需要用戶手工定義MPC方程，用戶只需將連接視為“綁定”(bonded)接觸，ANSYS將自動生成MPC。? b.接觸表面的節(jié)點自由度將被自動消除： 這可以提高求解效率。? c.不需要輸入接觸剛度： 不再需要通過多次嘗試來保證求解精度；? d.對于小變形問題，它表現(xiàn)為“真線性接觸”特性： 求解系統(tǒng)方程時不需要迭代； e.對于大變形問題，在每一步迭代時更新MPC方程。 f.不僅可以約束平移自由度，而且可以約束轉(zhuǎn)動自由度： 可以改善求解精度，并使solid-shell, shell-shell, solid-beam及shell-beam之間的連接更合理。? g.對于接觸對定義，也很容易生成內(nèi)部的MPC： 對于了解如何定義接觸的用戶，也沒有什么新東西。? h.與MSC/Nastran (RBE3型)不同 -自動考慮形狀函數(shù)，不需要權(quán)因子； -不僅可以施加力，也可以施加位移約束。 2.將MPC連接用于SOLID-SOLID, SHELL-SHELL過程: 1)將連接視為接觸面，使用命令或Contact Wizard來定義接觸面和目標(biāo)面： 2)設(shè)置接觸單元選項(keyoptions)： KEYOPT(2)=2激活MPC方法 KEYOPT(4)=2基于節(jié)點 KEYOPT(12)=5或6設(shè)置為“綁定(bonded)”接觸 3)執(zhí)行分析 注意： 如接觸面和目標(biāo)面的網(wǎng)格相似，MPC方法給出與連續(xù)網(wǎng)格相同的結(jié)果。如接觸面和目標(biāo)面的網(wǎng)格相差較大，MPC方法給出的界面處的應(yīng)力梯度將受到影響，網(wǎng)格越相近，結(jié)果越好。 以下是使用 MPC 時，對不同情況的計算結(jié)果精度的測試： a. 網(wǎng)格相似性 b. 網(wǎng)格一致性 c. 幾何穿透影響 d. 幾何間隙 e. 應(yīng)力集中的情況 f.MPC連接用于SOLID-SOLID-靜力分析 g.MPC連接用于SOLID-SOLID-模態(tài)分析 h.MPC連接用于SHELL-SHELL -靜力分析 h.MPC連接用于SHELL-SHELL -模態(tài)分析 i.MPC連接用于SHELL-SHELL -邊界對邊界 j.MPC連接用于接觸 3.將MPC連接用于SOLID-SHELL 實體網(wǎng)格與殼體網(wǎng)格不需要對齊。A. 過程：1) 將連接處理為接觸，對實體使用Target170，對殼體使用Contact175。2)設(shè)置接觸單元Contact175選項(keyoptions): KEYOPT(2)=2激活MPC方法 KEYOPT(12)=5或6設(shè)置為綁定接觸3)設(shè)置目標(biāo)單元Target170選項：KEYOPT(5)=0自動約束類型探測(default)KEYOPT(5)=1實體-實體約束(沒有旋轉(zhuǎn)自由度被約束)KEYOPT(5)=2殼體-殼體約束(同時約束平移和旋轉(zhuǎn)自由度)KEYOPT(5)=3殼體-實體約束(殼體邊界同時約束平移和旋轉(zhuǎn)自由度；實體表面上只約束平移)4) 執(zhí)行分析B. 計算精度： 以下是將 MPC 連接用于 SOLID - SHELL 連接時的一些精度測試結(jié)果： a. 不同網(wǎng)格的連接： b. 虛擬殼體 SHSD - KEYOPT(5) = 1 c. 虛擬殼體 SHSD - KEYOPT(5) = 2 d. 不使用虛擬殼體 SHSD - KEYOPT(5) = 3 e. 總結(jié) 示例： 4.將MPC連接用于SHELL-SHELL a.兩種消除接觸面與目標(biāo)面間隙的方法： 1)如果接觸面法線與目標(biāo)面相交，可以使用PSOLVE命令延伸接觸面 GUI 菜單： Main Menu Solution Solve Partial Solu 2)如果接觸面法線與目標(biāo)面不相交，可以使用KEYOPT(5)=4，仍像接觸節(jié)點和目標(biāo)段在pinball范圍內(nèi)部一樣創(chuàng)建約束方程。 5. MPC約束用于SOLID-BEAM和SHELL-BEAM過程：1) 1) 將實體表面和/或殼體邊界作為接觸面，將梁節(jié)點作為目標(biāo)的pilot節(jié)點，不需要添加目標(biāo)面。2) 2) 設(shè)置接觸單元選項：KEYOPT(2) = 2激活MPC方法KEYOPT(12) = 5或6設(shè)置為綁定接觸KEYOPT(4) = 1力-分布表面KEYOPT(4) = 2剛性約束表面3)執(zhí)行分析 示例 1：實體結(jié)果與實體-梁連接結(jié)果的比較，下面右圖中間分為實體和梁兩段，用 MPC 連接到一起： 1. 剛性約束表面工況 2. 表面分布力工況 示例 2： 示例 3：實體結(jié)果與殼體-梁連接結(jié)果的比較，下面右圖中間分為殼體和梁兩段，用 MPC 連接到一起： 工況 1： 剛性約束面 工況 2：表面分布力 6. 用MPC連接FE模型和加載點 過程：1)1)將FE表面和/或邊界作為接觸面，加載節(jié)點作為目標(biāo)pilot節(jié)點