ANSYS-中-MPC-的应用

ANSYS中MPC的应用目录1.介绍2.MPC用于SOLID-SOLID,SHELL-SHELL的连接3.MPC用于SOLID-SHELL的连接4.MPC用于SHELL-SHELL的连接5.MPC用于SOLID-BEAM和SHELL-BEAM的连接6.MPC用于FE模型与载荷点的连接1.介绍：(1)什么是MPC?MPC的含义：多点约束，表达式可写为：示例：(2)为什么需要MPC??连接不同的网格：–如果几何在拓扑上是不连接的，可以分别划分网格，然后用MPC进行连接各FE模型：(3)使用MPC做什么?a.连接不同的单元类型：–如果在连接区域使用了不同的单元类型，由于节点自由度不同，连通性是不一致的。使用MPC可以使FE模型的连通性一致。b.施加远处的载荷：如果载荷点不在FE模型上，使用MPC可以实现载荷点与FE模型的连接：(4)为什么不用已有的接触算法？a.结果可能依赖于接触刚度：–现有的bonded接触算法使用了惩罚方法(penaltymethod)，由于接触刚度(引起病态条件)和穿透，可能会影响结果的精度。?b.即使对小变形问题也需要大量迭代才能达到满意的平衡。–即使是线性问题，通常也需要迭代。?c.在模态分析中，有时会出现虚假的自然频率。–这是因为使用了接触刚度。?d.只处理平移自由度–-对于接触面与目标面的距离非零的情况；–-不能处理Shell与beam装配的情况。?e.只适于小应变的情况–因为现有的CE方法总是使用初始的节点定位；?f.RBE3约束单元只支持低阶单元–10节点四面体单元是最常使用的单元；g.在RBE3的主节点上，不允许施加位移约束。(5)新的MPC方法的优点?a.MPC方程由软件内部创建：–不需要用户手工定义MPC方程，用户只需将连接视为“绑定”(bonded)接触，ANSYS将自动生成MPC。?b.接触表面的节点自由度将被自动消除：–这可以提高求解效率。?c.不需要输入接触刚度：–不再需要通过多次尝试来保证求解精度；?d.对于小变形问题，它表现为“真线性接触”特性：–求解系统方程时不需要迭代；e.对于大变形问题，在每一步迭代时更新MPC方程。f.不仅可以约束平移自由度，而且可以约束转动自由度：–可以改善求解精度，并使solid-shell,shell-shell,solid-beam及shell-beam之间的连接更合理。?g.对于接触对定义，也很容易生成内部的MPC：–对于了解如何定义接触的用户，也没有什么新东西。?h.与MSC/Nastran(RBE3型)不同–-自动考虑形状函数，不需要权因子；–-不仅可以施加力，也可以施加位移约束。2.将MPC连接用于SOLID-SOLID,SHELL-SHELL过程:1)将连接视为接触面，使用命令或ContactWizard来定义接触面和目标面：2)设置接触单元选项(keyoptions)：KEYOPT(2)=2激活MPC方法KEYOPT(4)=2基于节点KEYOPT(12)=5或6设置为“绑定(bonded)”接触3)执行分析注意：如接触面和目标面的网格相似，MPC方法给出与连续网格相同的结果。如接触面和目标面的网格相差较大，MPC方法给出的界面处的应力梯度将受到影响，网格越相近，结果越好。以下是使用MPC时，对不同情况的计算结果精度的测试：a.网格相似性b.网格一致性c.几何穿透影响d.几何间隙e.应力集中的情况f.MPC连接用于SOLID-SOLID-静力分析g.MPC连接用于SOLID-SOLID-模态分析h.MPC连接用于SHELL-SHELL-静力分析h.MPC连接用于SHELL-SHELL-模态分析i.MPC连接用于SHELL-SHELL-边界对边界j.MPC连接用于接触3.将MPC连接用于SOLID-SHELL实体网格与壳体网格不需要对齐。A.过程：1)将连接处理为接触，对实体使用Target170，对壳体使用Contact175。2)设置接触单元Contact175选项(keyoptions):KEYOPT(2)=2激活MPC方法KEYOPT(12)=5或6设置为绑定接触3)设置目标单元Target170选项：KEYOPT(5)=0自动约束类型探测(default)KEYOPT(5)=1实体-实体约束(没有旋转自由度被约束)KEYOPT(5)=2壳体-壳体约束(同时约束平移和旋转自由度)KEYOPT(5)=3壳体-实体约束(壳体边界同时约束平移和旋转自由度；实体表面上只约束平移)4)执行分析B.计算精度：以下是将MPC连接用于SOLID-SHELL连接时的一些精度测试结果：a.不同网格的连接：b.虚拟壳体SHSD-KEYOPT(5)=1c.虚拟壳体SHSD-KEYOPT(5)=2d.不使用虚拟壳体SHSD-KEYOPT(5)=3e.总结示例：4.将MPC连接用于SHELL-SHELLa.两种消除接触面与目标面间隙的方法：1)如果接触面法线与目标面相交，可以使用PSOLVE命令延伸接触面GUI菜单：MainMenuSolutionSolvePartialSolu2)如果接触面法线与目标面不相交，可以使用KEYOPT(5)=4，仍像接触节点和目标段在pinball范围内部一样创建约束方程。5.MPC约束用于SOLID-BEAM和SHELL-BEAM过程：1)1)将实体表面和/或壳体边界作为接触面，将梁节点作为目标的pilot节点，不需要添加目标面。2)2)设置接触单元选项：KEYOPT(2)=2激活MPC方法KEYOPT(12)=5或6设置为绑定接触KEYOPT(4)=1力-分布表面KEYOPT(4)=2刚性约束表面3)执行分析示例1：实体结果与实体-梁连接结果的比较，下面右图中间分为实体和梁两段，用MPC连接到一起：1.刚性约束表面工况2.表面分布力工况示例2：示例3：实体结果与壳体-梁连接结果的比较，下面右图中间分为壳体和梁两段，用MPC连接到一起：工况1：刚性约束面工况2：表面分布力6.用MPC连接FE模型和加载点过程：1)1)将FE表面和/或边界作为接触面，加载节点作为目标pilot节点，不需要添加目标面。2)2)设置接触单元选项：KEYOPT(2)=2激活MPC方法KEYOPT(12)=5or6设置为绑定接触KEYOPT(4)=1力–分布表面KEYOPT(4)=2刚性约束表面3)执行分析示例：工况1：刚性约束表面工况2：表面分布力MPC应用