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ANSYS-WB壳单元的厚度效应

11月前浏览2201
  1. 两个贴合的薄板抽中面后,因为板厚关系,它们之间形成了间隙,如何处理?

  2. 壳边线与相交的壳面怎么创建连接?

这两个问题不止一个小伙伴询问,今天就来拿捏这两个小问题。

1 面面接触中的板厚效应

通过一个简单的例子来说明这个问题:

在Workbench中,新建静力学项目。

使用SCDM创建两个剖面,间距4mm,如上文图。设置板厚均为4mm。

退出SCDM,进入Mechanical。

使用默认材料,划分合适的网格尺寸,关闭厚度显示。

程序没有自动创建绑定接触,这是因为两个面间隙较大。为了使计算尽量简单,我们手动给两个面创建粗糙接触,注意需要选择接触面与目标面的方向,原则是面对面,而不能背对背或面对背。壳厚度效应默认关闭。

PS:为什么不创建绑定接触?因为绑定接触可以忽略弹球半径内的任何间隙与穿透,只要弹球半径合适,太平洋两岸都能绑定上。

固定上下板的左侧边,给上板右侧边向下2mm的强制位移,另外两个方向自由。

插入总变形和等效应力结果,计算后见下图。可以看到上板右边移动了2mm,下板纹丝不动,也没有受到任何力。

修改粗糙接触,打开厚度效应

重新计算结果如下,可见下板能跟随变化了。

2 边面接触中的板厚效应

新建静力学算例,创建如下模型,圆筒上边线距离平面2mm,平面板厚为4mm,圆筒板厚为2mm。

进入Mechanical,我们本例通过自动探测的方法创建边面接触。

新建接触组,接触组的属性中修改探测距离≥2,打开面/边探测选项。

右击接触组——创建自动接触,程序便自动创建了边——面的绑定接触。

修改接触类型为粗糙,用脚趾头想想都应该打开壳厚度效应。

划分合适的网格。

固定圆筒下端,给平面施加向下2mm的强制位移,注意另外两个方向也要约束。

开始计算,总体的位移与圆筒的位移分别如下图。

可以看到上板移动了2mm,但是圆筒上边只移动了1.93mm,这不是因为壳被压薄了(实际上静力学中壳单元无法被压薄),而是因为发生了穿透。

在结果中插入接触工具——渗透,结果如下,两模型之间发生了0.07mm的穿透。所以这时候算的的位移、应力、应变结果肯定也是不够准确的。

将接触算法改为纯拉格朗日(也可以使用默认的罚刚度算法,手动调试接触刚度)。

重新计算后穿透为0,圆筒位移正确。

PS:如果打开大变形结果稍有出入。

最后需要注意的是,隐式算法中默认板厚度效应是关闭的,打开板厚效应虽然能使结果正确,但是遇到复杂问题会加大收敛难度,所以经常处理方法是在DCDM中延伸中面使其相交,实际上,两个相交的面在SCDM中抽中面后,默认会自动延伸它们(详见SCDM相关文章)。比如本例,延长圆筒面使其与平面相交,计算更快速。

而在WB-Lsdyna中,默认壳单元的厚度效应是打开的,WB的默认设置都有一定的合理性,Lsdyna中不会出现收敛问题。

祝万事顺遂。

来源:CAE中学生

MechanicalWorkbench静力学材料ANSYS
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首次发布时间:2023-12-02
最近编辑:11月前
CAE无剑
硕士 | 仿真工程师 CAE中学生
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