用mpc184单元分析大转动变形
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用mpc184单元分析大转动变形 2011年05月20日 星期五 11:54 P.M.
在ANSYS中施加扭矩通常有cerig,rbe3,mpc184三种方法。还有把力矩等效为节点力的办法,这个办法毛病很多,不在讨论之列。
cerig是在实际受载荷区域建立一个所谓\刚性区域\,然后把载荷施加在跟这个刚性区域相连的“master node”上。
rbe3和cerig是类似的。不同的是,rbe3把施加在master node上的载荷,按照一定的权重,分配到各个\上。
cerig,rbe3两种办法的本质,就是建立了约束方程,而约束方程是线性的,所以,cerig,rbe3只能用于线性问题,对于大变形等非线性问题,如果不慎使用了cerig,rbe3,就会得到错误的结果。
mpc184则支持非线性分析,所以,可以应用于大变形等非线性场合。
下面是一个例子,分别用rbe3, cerig,mpc184施加转动进行计算。
问题描述:一个截面为正方形的杆件,一端完全固定,另外一端施加转动载荷,使端面旋转45度(0.7854弧度)。
杆件几何参数:截面为1x1的正方形,杆长10。 材料参数:e=10000;泊松比v=0.3;
分析:端面转动了45度,明显属于大转动非线性,分析的时候,应该选用支持大变形的单元类型,这里旋转solid185。
由于问题属于大变形非线性,求解的时候,应该打开非线性选项。 ansy中的对应命令语句为:NLGEOM,ON。
1.使用Cerig:
最大应力为4233;最大位移: 0.556 由于端面跟master node为刚性联接,端面为刚性区域,刚性区域只产生刚体位移,本身不会发生变形,所以,在端面附近产生明显的颈缩现象。
2.使用rbe3:
最大vonmises应力为:919;最大位移:0.6178
使用rbe3不会产生刚性区域,所以没有颈缩现象。 3.使用mpc184单元;
最大von mises 应力为:350;最大位移:0.54 由上面三个分析结果图对比可以看出:
1.三种不同的方法得到的位移结果相差并不是特别悬殊。
2.应力结果相差比较悬殊,由此可见,使用cerig,rbe3于大变形结构时,计算得到的应力结果是非常不准确的。
下面是一个ANSYS教程中的计算结果。该教程中,创建了2个面,两个面的位置刚好和杆件的2个表面接触,两个面正好把杆件\夹住\。在杆件和面之间定义了接触。把两个面设置为rigid target surface。转动45度的位移载荷施加到rigid target surface的pilot节点上。通过这2个rigid target surface的刚体转动,带动杆件转动45度。
下面是其计算结果:
最大应力为:390;最大位移为0.534;
这个计算结果与用mpc184计算得到的最大应力350,最大位移0.54的结果是非常吻合的。
由于这种方法是用刚性面夹住杆件来施加45度旋转位移载荷的,实际的受载区域为杆件和刚性面的接触区域,而前面的模型,受载荷的区域是杆件的端面,由于模型本身是有差异的,所以,应力计算结果相差50也是在合理的范围之内的。
附:这个例子的目的仅仅是为了对比rbe3,cerig,mpc184对于结构大变形问题的模拟,这几个例子都假定材料始终保持弹性,不会有塑形变形,否则材料在cerig,rbe3两种情况所产生的比较大的应力作用下,早就屈服而产生塑形变形了。转:
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