在實際的工程應用中,，為了簡化模型,，各類單元的混合建模場景并不少見，同一個模型中,，實體單元,、殼單元、梁單元等并存,，將這些不連續(xù),、自由度也不協(xié)調(diào)的單元連接起來,，實現(xiàn)載荷地傳遞,，是進行調(diào)試計算的基本前提。

在本實例中,，使用MPC等方法,，對不同類型的單元進行了連接。本實例模型如圖1所示,，模型由兩個part組成,，分別是一個薄壁圓筒和一個薄板，薄壁圓筒使用殼單元和梁單元,，薄板可以使用實體單元與殼單元,。

圖1  結(jié)構(gòu)計算模型

薄壁圓筒使用殼單元，薄板使用實體單元,，使用MPC對這兩類單元進行連接,。

(1)啟動ANSYS Workbench，加載Static Structural結(jié)構(gòu)靜力學模塊,。

(2)右鍵單擊A3單元格,，選擇彈出菜單項Import Geometry→Browse...,，彈出文件選擇對話框，選擇幾何模型文件ex1-2\ex1-2_shellsolid.scdoc,。

(3)雙擊A4單元格進入結(jié)構(gòu)靜力學模塊,。

本案例模型使用默認材料，所以不需要對材料設置進行改動,。薄壁圓筒的壁厚根據(jù)scdoc文件中的幾何模型,，自動定義為1mm，如圖2所示,。

(4)單擊模型樹節(jié)點Mesh,，在Details of Mesh中確定模型單元長度為2mm。

(5)右鍵單擊模型樹節(jié)點Mesh,，單擊彈出菜單項Generate Mesh生成模型網(wǎng)格,，如圖3所示。

(6)右鍵單擊模型樹節(jié)點Connections,，Insert→Manual Contact Region,，插入一個接觸對，Target即目標面選擇薄板表面,，Contact即接觸面選擇圓筒殼單元模型的端面圓周線,。接觸類型選擇Bonded，即綁定連接,。在Formulation中選擇MPC類型,，同時可以將其Constraint Type定義為Distributed Normal Only，如圖4所示,。

圖7 模型變形

(11)使用Solution→Insert→Equivalent Stress,，插入一個模型的等效應力結(jié)果，右鍵點擊Equivalent Stress,，選擇Evaluate All Results,，得到結(jié)果云圖，如圖8所示,。

如果將薄壁圓筒簡化為梁單元,，也可以使用MPC將其與薄板進行連接。

(1)在ANSYS Workbench中,，再加載一個Static Structural結(jié)構(gòu)靜力學模塊,。

(2)右鍵單擊B3單元格，選擇彈出菜單項Import Geometry→Browse...,，彈出文件選擇對話框,，選擇幾何模型文件ex1-2\ex1-2_beamsolid.scdoc。

(3)雙擊B4單元格進入結(jié)構(gòu)靜力學模塊,。

本案例模型使用默認材料,，所以不需要對材料設置進行改動。薄壁圓筒的梁截面根據(jù)scdoc文件中的幾何模型,，已經(jīng)自動定義,，如圖9所示。

圖9  圓筒梁單元

(4)單擊模型樹節(jié)點Mesh,，在Details of Mesh中確定模型單元長度為2mm,。

(5)右鍵單擊模型樹節(jié)點Mesh，單擊彈出菜單項Generate Mesh生成模型網(wǎng)格,，如圖10所示,。

圖10  模型網(wǎng)格劃分

(6)右鍵單擊模型樹節(jié)點Connections，Insert→Joint,，插入一個連接,，連接類型選擇Body-Body的Fixed類型，即兩個體之間是固定連接,。在Reference中選擇梁單元與薄板接觸的端點，在Mobile中選擇薄板表面,，同時選擇其類型為Deformable,，如圖11所示。

圖11 接觸對設置

(7)右鍵單擊模型樹節(jié)點Static Structural,，Insert→Fixed Suppor,在Details of Fixed Support中,，選擇薄板底面作為固定約束面，如圖12所示,。

圖12 固定約束

(8)右鍵單擊模型樹節(jié)點Static Structural,，Insert→Force,在Details of Force中,，在梁單元端點加載沿X軸負方向的100N外載荷，如圖13所示,。

圖13  外載荷

(9)使用Solution→Insert→Total Deformation,，插入一個模型整體變形結(jié)果，右鍵點擊Total Deformation,，選擇Evaluate All Results,，得到結(jié)果云圖，如圖14所示,。

圖14 模型變形

(10)使用Solution→Insert→Beam Tool,，得到梁單元的組合應力，如圖15所示,。

如果將薄壁圓筒與薄板,，同時使用殼單元進行簡化，也可以將兩者進行連接,。

(1)在ANSYS Workbench中,，再加載一個Static Structural結(jié)構(gòu)靜力學模塊。

(2)右鍵單擊C3單元格,，選擇彈出菜單項Import Geometry→Browse...,，彈出文件選擇對話框，選擇幾何模型文件ex1-2\ex1-2_shellshell.scdoc,。

(3)雙擊C4單元格進入結(jié)構(gòu)靜力學模塊,。

本案例模型使用默認材料，所以不需要對材料設置進行改動,。薄壁圓筒與薄板的厚度都根據(jù)scdoc文件中的幾何模型,，已經(jīng)自動定義，如圖16所示,。

圖16  圓筒與薄板殼單元

(4)單擊模型樹節(jié)點Mesh,，在Details of Mesh中確定模型單元長度為2mm。

(5)右鍵單擊模型樹節(jié)點Mesh,，單擊彈出菜單項Generate Mesh生成模型網(wǎng)格,，如圖17所示。

圖17  模型網(wǎng)格劃分

(6)右鍵單擊模型樹節(jié)點Connections,，Insert→Manual Contact Region,，插入一個接觸對，Target即目標面選擇薄板表面,，Contact即接觸面選擇圓筒殼單元模型的端面圓周線,。接觸類型選擇Bonded，即綁定連接。在Formulation中選擇MPC類型,，如圖18所示,。

圖18 接觸對設置

(7)右鍵單擊模型樹節(jié)點Static Structural，Insert→Fixed Suppor,在Details of Fixed Support中,，選擇薄板底面作為固定約束面,，如圖19所示。

圖19 固定約束

(8)右鍵單擊模型樹節(jié)點Static Structural,，Insert→Force,在Details of Force中,，在薄壁圓筒端面的圓周線加載沿X軸負方向的100N外載荷，如圖20所示,。

 圖20  外載荷

(9)使用Solution→Insert→Total Deformation,，插入一個模型整體變形結(jié)果，右鍵點擊Total Deformation,，選擇Evaluate All Results,，得到結(jié)果云圖，如圖21所示,。

圖21 模型變形

(10)使用Solution→Insert→Equivalent Stress,，插入一個模型的等效應力結(jié)果，右鍵點擊Equivalent Stress,，選擇Evaluate All Results,，得到結(jié)果云圖，如圖22所示,。