ANSYS 中 MPC 的应用1.docx

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ANSYS中MPC的应用1

ANSYS中MPC的应用

（1）（翻译资料）

ANSYS一般2010-11-1406:

54:

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    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

4）

   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