ANSYS_MPC连接梁壳单元实例
ANSYS各类型单元连接专题讲解(一)之连接总则
ANSYS各类型单元连接专题讲解（一）之连接总则一直以来，有不少同学咨询水哥关于ANSYS中杆单元、梁单元、壳单元、实体单元的连接问题。
之所以要用到各单元的连接，主要是由于我们在实际项目中，常常需要各种单元组合模拟，例如框架结构计算中的框架柱、框架梁采用梁单元模拟，楼板采用壳单元模拟，如此便会产生各类型单元之间的连接问题。
为解决部分朋友们的疑问，水哥依自己的理解将从以下几个方面系统讲解下ANSYS中杆单元、梁单元、壳单元、实体单元的连接，其中若有不合理之处，还望各位朋友批评指正。
本系列讲解目录如下：1、单元连接总原则。
2、杆与梁、壳、体单元的连接。
3、梁单元与实体单元铰接。
4、2D梁单元与2D实体单元刚接。
5、3D梁单元与3D实体单元刚接。
6、壳单元与实体单元连接。
7、单元连接综合实例。
本篇推文为该系列文章的首篇，主要说下ANSYS中单元连接总的原则以及简单介绍两个概念。
一般来说，按“杆梁壳体”单元顺序，只要后一种单元的自由度完全包含前一种单元的自由度，则只要有公共节点即可，不需要约束方程，否则需要耦合自由度与约束方程。
例如：（1）杆与梁、壳、体单元有公共节点即可，不需要约束方程。
（2）梁与壳有公共节点即可，也不需要约束写约束方程；壳梁自由度数目相同，自由度也相同，尽管壳的rotz是虚的自由度，也不妨碍二者之间的关系，这有点类同于梁与杆的关系。
（3）梁与体则要在相同位置建立不同的节点，然后在节点处耦合自由度与施加约束方程。
（4）壳与体则也要相同位置建立不同的节点，然后在节点处耦合自由度与施加约束方程。
从上述也可见，ANSYS无非是通过三种方法来实现单元之间的连接：共用节点、耦合、约束方程。
这里简单介绍下耦合与约束方程的基本概念。
一、耦合所谓耦合，其实是一种比较特殊的约束方程，只不过为了区别于普通一般的约束方程，方便用户操作，特定提出来的一个概念。
他具体指当我们需要迫使两个或多个自由度取得相同值（值未知）时，可以将这类自由耦合在一起。
ANSYS多点约束算法(MPC)实现接触模拟
多点约束(MPC)
...背景
MPC算法的优势：
Training Manual
Advanced Contact & Fasteners
• 容易使用:
– 接触向导和手动定义中都可设置MPC算法. – 不需要输入接触刚度.
– 求解中自动生成约束
– 考虑了形状效应，不需手动输入权值
• 对于基于表面的约束，支持力约束和位移约束.
• ANSYS会自动转换成不对称接触
• MPC 法在点－点接触中不适用
多点约束(MPC)
...背景
• MPC法可以绑定不同的单元类型，即使交界面的网格不兼容:
– 实体对实体 – 壳体对壳体 – 壳体对实体 – 梁对实体/壳体
Training Manual
Advanced Contact & Fasteners
多点约束(MPC)
...背景
MPC算法的优势：
Training Manual
Advanced Contact & Fasteners
• 很容易就能模拟壳体－实体、梁－实体、梁－壳体的组合效应:
– 支持网格的不兼容 – 梁、壳、实体单元上的节点不需要对准
多点约束(MPC)
B.实体对实体的多点绑定接触
• 使用实体对实体的多点绑定或无分离接触非常简单.
– 使用CONTA169-174创建面－面接触对 – 接触行为设为绑定 (KEYOPT(12) = 4, 5, 或 6) – 接触探测设为节点 (KEYOPT(4) = 1 或 2) – 接触算法设为 MPC (KEYOPT(2) = 2)
Training Manual
章节综述
• 该章包括以下几个主题: A. 背景
总结一下ANSYS中不同单元之间的连接问题
论坛里常有人问不同单元之间的连接问题，我自己也一直被这个问题所困绕,最近从ANＳＹＳ工程分析进阶实例上知道了AＮSYS中不同单元之间的连接原则。
感觉收收获不小，现把它上传与大家共享。
一般来说，按“杆梁壳体”单元顺序，只要后一种单元的自由度完全包含前一种单元的自由度，则只要有公共节点即可,不需要约束方程,否则需要耦合自由度与约事方程。
例如：(1)杆与梁、壳、体单元有公共节点即可，不需要约束方程。
ﻫ（2)梁与壳有公共节点怒可,也不需要约束写约束方程;壳梁自由度数目相同,自由度也相同，尽管壳的ｒoｔz是虚的自由度，也不妨碍二者之间的关系，这有点类同于梁与杆的关系。
(3)梁与体则要在相同位置建立不同的节点,然后在节点处耦合自由度与施加约束方程。
(４)壳与体则也要相同位置建立不同的节点，然后在节点处耦合自由度与施加约束方程。
上面所述的不同单元之间的接连方法主要是用耦合自由度和约束方程来实现的,有一定的局限性,只适用于小位移，下面介绍一种支持大位移算法的方法，ＭＰC法。
MPC即Mｕｌtiｐoint Conｓtraｉｎt,多点约束方程,其原理与前面所说的方程的技术几乎一致,将不连续、自由度不协调的单元网格连接起来,不需要连接边界上的节点完全一一对应。
MPC能够连接的模型一般有以下几种。
ﻫsolid 模型-ｓoｌid模型ﻫsｈelｌ模型-ｓheｌｌ模型ｓolｉｄ模型-shell 模型ｓolｉd 模型-beaｍ模型shelｌ模型-bｅam模型ﻫ在ＡNSＹS中,实现上述MPC技术有三种途径。
ﻫ(1）通过MPC18４单元定义模型的刚性或者二力杆连接关系。
定义MＰC1８4单元模型与定义杆的操作完全一致，而MPC单(2）利用约束元的作用可以是刚性杆（三个自由度的连接关系)或者刚性梁(六个自由度的连接关系)。
ﻫ方程菜单路径Ｍain Meｎｕ>pｒeproceｓsor>Coupliｎｇ/Cｅqn>shelｌ／ｓｏｌid Ｉｎｔerface创建壳与实体模型之间的装配关系。
AnsysWorkbench工程实例之——梁单元静力学分析
AnsysWorkbench工程实例之——梁单元静力学分析本文可能是您能在网络上搜索到的关于Ansys Workbench梁单元介绍最详细全面的文章之一。
梁单元常用于简化长宽比超过10的梁与杆模型，比如建筑桁架、桥梁、螺栓、杠杆等。
Workbench中的梁单元有Beam188（默认）与Beam189两种，Beam188无中节点，Beam189有中节点。
在全局网格设置下，梁单元的中节点设置Element MIdside Nodes默认为dropped(无中节点），即默认使用Beam188单元，如果改为kept(有中节点)，则将改变为Beam189单元。
类型单元形状中节点自由度形函数Beam188 3D梁无 6 线性Beam189 3D梁有 6 二次Beam188Beam1891 梁单元分析概要1.1 建模与模型导入线框模型可在DM中创建，也可导入stp/igs等模型。
以下分别介绍通过DM创建与通过CAD软件创建导入过程。
1.1.1 梁线体的创建方法1，简单的线体模型可以在DM中创建，一般在XY平面绘制草图或点，再通过Concept——Lines From Sketches、Lines From Points或3D Curve等创建。
区别在于Lines From Sketches是提取草图所有的线条，如果线条是相连接的，提取的结果为一个线几何体。
Lines From Points或3D Curve用于将草图的点（可以是草图线条的端点）连接成为线体，结合Add Frozen选项，可以创建多个线几何体。
操作3次后多个线条可以通过From New Part功能组合为一个几何体，组合后两条线共节点，相当于焊接在一起。
选中后右击方法2，通过CAD软件创建后导入。
如果读者使用的是creo建模，可在草图中创建点，退出草图后选择基准——曲线——通过点的曲线。
操作3次后输出时需要注意，可另存为stp或igs格式，在输出对话框中必须勾选基准曲线和点选项。
MPC在solid和shell单元连接处应用
《有限元程序设计》课程作业题目：MPC在solid和shell单元连接处应用2015年6月4日MPC在solid和shell单元连接处应用本人利用ANSYS15.0软件进行练习学习此方法。
一、建立模型模型包含一个薄圆柱桶和一个正方体底座。
圆柱桶的半径为2.5mm，高为5mm；正方体的边长为5mm。
建立模型如下。
二、划分单元在Element >Add/Edit/Delete里，创建四类单元类型,结果如下图，分别为实体单元SOLID95、壳单元SHELL63、实体连接单元TARGE170、壳体连接单元CONTA175。
CONTA175单元选项里,K2选择MPC算法,设置图如下。
在Material Props> Material Models里,设定单元的杨氏模量为2e11；泊松比为0.3；在Real Constants>Add/Edit/Delete里,SHELL63单元的厚设为0.5。
通过Meshing>MeshTool里，分别对为实体座和薄圆柱划分网格，为了便于计算，单元边长设为1，结果如图所示。
三、处理连接部位选择实体座的接触界面，并设置面上单元属性为TARGE170类型；选择壳体的接触线，并设置单元属性为CONTA175类型。
然后选择以上单元，在Main Menu>Preprocessor>Modeling>Creat>Contact Pair 中，创建一个接触对。
四、施加约束在Solution>Define Loads>Apply>Structural>Displacement>On Areas，给实体座底部（视图里最左边的面）施加位移约束，位移为0。
Solution>Define Loads>Apply>Structural>Pressure>On Lines，在壳体自由端面上，施加1e6 N的压力。
ANSYS梁体组合连接计算方法的讨论
ANSYS梁体组合连接计算方法的讨论在有限元分析中，常常需要采用桿梁、板壳、实体单元之间的组合建模以实现对实际工程结构的模拟，这就需要考虑不同单元间的连接。
文章讨论了梁体连接中cerig命令、ceintf命令以及MPC算法的差异，并通过相关算例进行了对比，总结了各种方法的优缺点及适用范围。
标签：ANSYS；梁单元；壳单元；实体单元；单元连接1 概述有限元分析中，实体单元在理论上可以用于各个结构的模拟。
而实际工程中的结构是十分复杂的，若都采用实体单元进行模拟，首先是建模困难，效率低下；其次是划分网格后节点众多，造成求解代价巨大，并且有些结构，如板壳结构、杆梁结构，采用实体单元分析的精度并不理想。
因此，建模分析时常常是采用“杆梁壳体”组合模拟。
因为自由度不协调的问题，采用ANSYS分析时，需要处理各个单元之间的连接。
而壳体、梁体、壳梁的组合是经常要用到的，比如桥梁工程中墩台与桥面板之间的连接，根据分析精度的不同可以选择梁体或壳梁组合。
在梁体的组合建模中，梁体之间只要有公共节点就可以连接，不需要约束方程。
而梁体之间有公共节点的连接是铰接，不是刚接。
要实现其他形式的连接，则必须通过耦合自由度来实现连接，或通过MPC算法实现连接。
2 ANSYS中的实现方式2.1 耦合与约束方程对于不同单元之间的连接问题，常用的办法是耦合自由度或写约束方程。
耦合自由度是指：使两个或多个自由度“相等”，耦合集中包含一个主自由度和多个从自由度，只有主自由度保存在矩阵中，而其他自由度则删除，所以耦合自由度实际上是降低了平衡方程的个数。
而约束方程就是把某个节点的自由度与其他一个或多个节点的自由度通过“方程”联系起来。
约束方程可以代替自由度耦合，并且比自由度耦合更加通用。
Cerig与Ceintf命令都是通过自动生成约束方程这种方式实现连接。
2.2 MPC多点接触算法Multi-Point Constraints即多点约束方程。
它定义了一种节点自由度之间的耦合关系，使用内部生成的约束方程在接触面上保证变形协调，以一个节点的某几个自由度为标准值，将其它节点的指定自由度与这个标准值建立关系。
8.利用MPC技术对solid-shell单元进行连接实例：简支梁
利用MPC技术对solid-shell单元进行连接实例----------简支梁一、问题描述⨯表面上作用有大小为1MPa的压力，两端φ150圆柱面为支撑表面，梁的尺寸如下图所示，在梁的2000300分析其应力和变形情况。
由于梁的形状和载荷都对称于梁跨度中点处横截面，分析时可取梁长度的一半。
二、步骤分析1.选择单元类型通过Preprocessor>Element Typle>Add/Edit/Delete出现如图1-1左所示对话框，单击Add；弹出如图1-1右所示对话框，在左侧列表中选“Structural Solid”，在右侧列表中选”Brick 20node 95”，然后单击Apply按钮；再在左侧列表中选“Structural Shell”，在右侧列表中选”Elastic 4node 63”，然后单击Apply按钮；再在左侧列表中选“Contact”，在右侧列表中选”3D target 170”，然后单击Apply按钮；再在左侧列表中选“Contact”，在右侧列表中选”pt-to-surf175”，单击OK按钮。
返回到”Eiement type”对话框，在列表中选择”Type3TARGET170”，单击option按钮，弹出1-1右对话框，选择K5为”SLD/SLD”（SLD/SLD约束），单击OK按钮；在列表中选择”Type4CONTA175”单击option按钮，弹出1-2对话框，选择K2为” MPCalgorithm”（MPC算法），选择K12为”Bonded（always）”（接触面行为为绑定）单击OK按钮，单击”Element type”对话框的close按钮。
图1-1图1-22.定义实常数通过Preprocessor>Material Props> Material Models,弹出Real Constants对话框，单击Add按钮，弹出如图2-1左所示对话框，选择Type2SHELL 163，单击OK按钮，弹出如图2-1右所示对话框，在TK（I）文本框中输入0.02，单击OK按钮，于是定义了实常数1。
梁ansys分析实例讲解课件
ansys软件操作流程
定义弹性模量、泊松比、密度等材料属性 建立几何体
在Model模块中选择“Model”选项卡
ansys软件操作流程
• 创建梁的几何体，输入梁的截面尺寸等信息
ansys软件操作流程
网格划分 在Model模块中选择“Mesh”选项卡 设置网格大小、网格类型等参数
定义约束和载荷
在简支梁的两个端点上定义约束和 载荷。
边界条件与载荷施加
固定约束
在简支梁的两个端点施加固定约 束，以模拟简支边界条件。
均布载荷
在简支梁的跨中施加均布载荷， 以模拟简支梁受到的集中力。
网格划分与求解
网格划分
对简支梁进行网格划分，可以选 择合适的网格密度以提高求解精
度。
求解设置
在“Solution”菜单下进行求解 设置，包括迭代次数、收敛准则
减少模型规模：减小 模型的规模，降低内 存需求；
如何设置ANSYS软 件中的单位制？
升级硬件：增加物理 内存或使用更好的计 算机配置。
a型时， 选择合适的单位制，如米制或英
制；
在模型树中选择模型名称，进入 Model模块，在Model模块中选 择“Model”选项卡，在弹出的 对话框中选择“Units”选项卡
求解设置
进行求解设置，包括迭代次数、收敛标准等。
求解过程
进行求解，得到桥梁结构的应力分布、位移分布等结果。
06
ansys软件操作流程及常见问题 解答
ansys软件操作流程
建立模型 启动ANSYS软件，选择Workbench模式
创建新的模型文件，命名并保存
ansys软件操作流程
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2010-05-21 22:12:04 作者：zhz2004 来源：机械CADl论坛浏览次数：621 网友评论0 条
近日在论坛看到些用ansys的坛友问及beam单元和shell单元、beam单元和solid单元、shell单元和solid单元的连接问题。
其实解决此类问题的方法不只一种，耦合约束方程、绑定接触都是有效的方法。
其中耦合约束方程适用于小变形，而绑定接触即可用于小变形，也可用于大变形的几何非线性分析。
下面，我将本人所做的用MPC方法连接shell单元和b eam单元的详细步骤提供给大家，与各位共勉。
添加shell单元(略)
添加beam单元(略)
添加shell实常数
添加shell实常数：shell厚度
添加beam截面：圆钢
内经、外径及网格密度
预览网格
开始建模：转动工作平面工作平面z轴向上
建立圆面
继续：
将面拉伸成体
定义拉伸高度：0.5m
删除体，留面
显示面
删除空圆柱的顶面和底面
创建点：用于建立梁单元的第一个点。
两点之间创建（正中）。
复制点：用于建立梁单元的第二个点。
复制：Y方向0.5m
连接两点，用于创建梁单元。
继续
定义材料属性，有点晚^_^
准备划分壳单元
划分壳，映射方法
准备划分梁单元
划分梁单元
选中要划分梁单元的线
完成，定义mpc接触
ＧＵＩ:ＭａｉｎＭｅｎｕ→Ｐｒｅ-ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ→Ｍｏｄｅｌｉｎｇ→Ｃｒｅａｔｅ→ＣｏｎｔａｃｔＰａｉｒ,进入接触向导,然后按照提示与帮助说明进行选择目标面接触面等操作[4]。
在创建接触对前,单击Ｏｐｔｉｏｎａｌｓｅｔｔｉｎｇ按钮弹出Ｃｏｔａｃｔｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ对话框,将Ｂａｓｉｃ选项卡中的Ｃｏｎｔａｃｔａｌｇｏｒｉｔｈｍ即接触算法设置为ＭＰＣａｌｇｏｒｉｔｈｍ即可。
操作完成后,ＡＮＳＹＳ自动定义目标单元与接触单元类型,并生成接触对。
定义主控点
选择梁单元的下面一个关键点（当然也可以选择梁单元的最下一个node，相应选项要选pick existing node...）
选择梁单元的下面一个关键点
继续下一个：
施加集中力x方向10000n
计算结果，位移云图
显示梁截面的位移云图
显示梁单元形状
显示梁单元形状
应力云图（整体）
应力云图（梁壳连接处放大显示）
全为壳单元的计算结果的位移云图
全为壳单元的计算结果的应力云图
这只是shell单元和beam单元连接的示例，beam和solid、shell和solid大同小异。
做出此例希望大家广开言论，发表一下自己的见解，例中如有谬误，还请大家指正。