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)實際情況接合點使用剛接或者鉸接,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,但是它在對應矩作用下的變形卻并非如此。這種連接設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。因此要準確模擬這種結(jié)構(gòu)需要知道各個方向上的等效轉(zhuǎn)動剛度。下面我就在ansys之中如何模擬這一結(jié)構(gòu)進行簡易的說明。(由于僅僅是做簡易說明,因此模型相當簡易,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點施加一個繞柱方向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)點的,因此B除需要建立兩個關(guān)鍵點,一個位于柱上,另一個位于橫梁上。

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,由于需要建立三個方向的轉(zhuǎn)動剛度,因此選擇建立三個彈簧單元,分別設定關(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)(這里不進行說明),ilen與ifor是設置扭轉(zhuǎn)彈簧的初始轉(zhuǎn)動圈數(shù)和初始扭矩,這兩項在有預緊的情況下根據(jù)實際情況設置,上述只設置了1N.m的轉(zhuǎn)動剛度。

梁柱截面與材料

截面參數(shù)在section里面進行定義,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)點耦合

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

然后在彈出的對話框中設置需要耦合的自由度,分別耦合三個方向自由度即可。

彈簧單元建立

選擇相應彈簧單元及其屬性以后,利用重合處的兩個節(jié)點建立三個方向上的彈簧單元。

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置柱的上下節(jié)點全約束,橫梁外伸處端點施加一個沿柱坐標系下的切向力,大小1N(需要提前將該處節(jié)點坐標系旋轉(zhuǎn)至柱坐標系下)

求解設置

如果需要后續(xù)提取曲線就設置一定的子步數(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)動位移云圖

和預測結(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)動角度應該是1弧度。

柱扭矩圖

由于柱的上下施加的是對稱的全約束,中間施加1N.m的扭矩,為了保持幾何協(xié)調(diào)方程,因此扭矩圖應該是反對稱,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置的確起到了應有的效果。當然,該分析中彈簧單元可以擴展到局部坐標系,也可以擴展到非線性彈簧單元。整體結(jié)果也可以擴展到更復雜的結(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)語句進行操作,會節(jié)省大量時間。

最后再啰嗦一句,一個例子不只是一個例子。知道如何對一個簡單的例子進行核心思想的提取然后進行無限的拓展也是學習有限元很重要的一個能力。

由于水平有限,文章中難免有錯誤。特別感謝能指出錯誤并且互相交流的朋友,這也是我們不斷學習的動力。

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