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Beam-Shell梁壳单元

 伊伊爸 2022-05-31 发布于湖北

本文对梁壳的连接进行一些简单的解析,因为在实际工程案例中,并不是所有的模型都是Solid单元,举个简单的例子,桁架,常常就被简化为梁单元,薄板常常被简化为壳单元,所以在有限元模型中,有多个不同类型、不同自由度的单元相互连接,这就大大增加了分析的难度下面取一个案例对此进行阐述

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打开DM

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修改单位

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建立Point点云

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生成Point

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连接Point

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Body Transformation

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建立截面

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修改截面参数

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壳单元建立

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建模阶段完毕,本案例具体的建模是通过点云方式,之前的文章(Dm点云建模)中也对此进行了详细的说明,个人觉得对于梁壳模型,如果截面为DM中所存在的,那么用DM建模是一个很好的选择,如果是复杂的截面,例如铝型材等一些结构,使用SCDM抽梁是不错的选择,具体的模型采用不同的模型处理软件

在本文的建模过程中,需要修改梁截面的方向以及面选取,具体的会在文章末尾给出如何设置

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设置材料

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加载边界条件

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查看总变形

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注意:从边界条件以及有限元模型可以看出,模型为对称模型,边界条件加载均匀,但是发现变形云图却出现分布不均匀现象,并且也显示为变形不连续,我们可以判断出,这个分析趋势很明显是错误的,重新检查了一遍边界条件、坐标系、材料参数等相关问题,还是未发现问题

可以猜测由于自由度不同的Beam与Shell连接出现了问题,即使采用了Form a New Part进行了共节点,但是节点之间还是存在一些未知的问题,因此采用Pinch功能来消除这些问题,分别设置了Shell与Beam作为主面与从面,并设置容差,再次生成网格

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通过求解可以看出,当使用Pinch功能进行节点连接时,模型变形均匀,并且变形之间为连续的,这是符合实际的。对于Pinch这个功能的作用,读者可以进行Help自行查询

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Tip:

对于初学者,很多人分不清Shell单元与Plane单元,这是由于这两个单元建模时候常常都是Surface body,读者可以从2D分析与3D分析辨别,当整个仿真类型设置为2D时,即采用的是Plane单元,对于Plane单元可以分为Plane Stress、Plane Strain等一些设置,建议大家在设置这些参数的时候必须搞清楚适用范围与局限性。当整个分析设置为3D时(默认为3D),即为壳单元

文章中未出现的操作流程便为系统默认,而很多人在分析的时候纠结是否打开大变形开关,笔者有以下建议(有错误欢迎指正),首先需要明确大变形开关的意义,打开大变形开关即代表非线性分析,那么是否打开需要从三个方面分析,①材料非线性,比如当材料赋予超弹性、弹塑性等一些本构时,需要打开大变形,因为这些本构为非线性,也可以通过Mechanical中的geometry栏下的赋予材料下面的Nonlinear effects得知,当显示为Yes时,代表非线性,No为线性。②接触非线性,接触类型除了Bond、No separation,其他都为非线性接触。③几何非线性,在分析前可预判变形的大小,将变形与整个模型的厚度方向尺寸进行比较,大于厚度方向的1/10,即为非线性,对于旋转的边界条件,比如旋转角度超过10°,那么就为非线性

下面将文中的修改梁截面的方向以及面方向的选取技巧进行说明:

一、面方向选取

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当在DM中建立Surface body时,导入到mechanical中对其施加边界条件,正常如图1所示:

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图1

但是常常有可能会出现这样的情况,如图所示:

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选择两个面,发现左边的面施加区域为上面,而右边的面施加区域为下面,这不是想要的,所以这就涉及到了如何改变面的方向,返回DM中找到Surface Flip就可以进行面方向的转换

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二、修改梁截面方向

首先将过滤器选择为Line,然后单击要变换的Line,并设置相关的旋转角度等一些参数,就可以进行截面的变换了

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变换前:

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变换后:

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