ANSYS实体模型

ANSYS实体模型（精选三篇）

ANSYS实体模型篇1

ANSYS作为通用有限元程序在结构分析中被广泛应用。实际分析中经常遇到实体单元与壳单元连接的问题, 这是由于实体单元只有3个平动自由度, 而壳单元有3个平动与3个转动自由度, 当壳与实体共节点连接时, 壳单元中转动自由度无法传递给实体单元, 导致分析结果不准确甚至错误。

本文介绍了解决这一问题的常用方法, 并以悬臂梁在自重下的应力与变形作为基准, 对几种方法进行比较并给出使用建议。

1 分析方法及计算结果

1.1 模型简介及理论解

悬臂梁尺寸为0.4m×0.4m×4m, 轴向为X向, 在X=0m处约束。材料为各向同性线弹性材料, 弹性模量E取3.0E+10 N/m2, 密度ρ取2500kg/m3, 泊松比μ取0.2, 重力加速度取9.8m/s2。为了消除有限元模型中约束条件以及不同壳与实体连接方法的影响, 取X=4m处竖向挠度和X=1m处截面最大正应力进行比较。

根据力学理论, 考虑弯曲与剪切变形的梁端挠度公式[1]:

X=1m处截面的最大正应力为σ=0.165E+7N/m2

1.2 刚性梁连接方法

壳与实体可通过刚性梁进行连接。悬臂梁在X=0m至X=2m范围内采用Solid185实体单元模拟, 在X=2m至X=4m范围内采用Shell181壳单元模拟, 两者之间采用三维梁单元beam4连接。Beam4材料弹性模量E放大为3.0E+20N/m2, 密度10kg/m3。因此Beam4的抗弯与抗剪刚度都很大, 变形和质量可以忽略。由于Beam4与壳单元的每个节点都有6个自由度, 因而可以传递转动自由度, 通过刚性梁的刚体转动又可将壳节点的转动转化为实体单元节点的平动。模型如图1所示, 壳单元与实体单元的尺寸均为0.1m, 图中粗线为刚性梁。本例中梁端挠度0.001988m, 截面最大正应力0.160E7N/m2, 与理论解的误差分别是0.46%和-3%。

1.3 虚拟壳单元

悬臂梁模型同上, 但在壳与实体单元之间增加一层覆盖于实体单元表面的虚拟壳单元。虚拟壳单元与实体单元节点重合, 同时又与结构壳单元共结点。虚拟壳单元仍采用Shell181模拟, 但材料属性与刚性梁属性相同。

本例中梁端挠度0.001966m, 选取截面最大正应力0.160E+7N/m2, 与理论解的误差分别是-0.65%和-3%。

1.4 采用MPC算法的接触单元

采用CONTA175和TARGE170单元, 通过设定CONTA175单元的keyopt (2) 值指定采用MPC算法[2]。建模时先在实体单元表面建立TARGE170单元, 再在壳单元连接一侧建立CONTA175。ANSYS根据参数设定自动在壳节点与实体节点建立约束关系, 具体的参数设置可参考文献[2]。

本例中梁端挠度0.001969m, 选取截面最大正应力0.160E+7N/m2, 与理论解的误差分别是-0.50%和-3%。

1.5 改变网格形状的接触单元

由于采用接触单元和MPC算法并不人工设置连接节点, 而是由程序根据参数设定自动建立约束关系进行壳与实体组装。为了考察实体单元的形状与节点分布的影响, 本例中通过对壳单元连接面的自由划分来验证其影响。单元尺寸为0.1m, 接触单元的设置同1.4节, 有限元模型如图2所示。本例中梁端挠度为0.00191m, 所选截面最大正应力0.159E+7N/m2。与理论解误差为-3.5%和-3.6%。

同时为了考察单元尺寸的影响, 将所有单元的尺寸修改为0.05m, 连接形式不变进行计算。结果梁端部挠度为0.001956m, 选取截面的最大正应力为0.163E+7N/m2, 与理论解误差分别为-1.15%和-1.2%。

2 分析结果比较

将几种不同连接方法的模型计算结果列于表1。

由表1可知, 当采用相同的单元尺寸时, 刚性梁、虚拟壳及规则网格的接触单元三种方法中, 采用刚性梁的方法拥有最低的挠度误差, 但在应力计算结果上则误差都在3%左右。而刚性梁连接方法在梁与实体连接处出现应力集中现象, 影响连接处的局部计算结果。当采用自由划分网格接触单元方法时, 挠度与应力相比理论解的误差都明显增大, 但当进一步细分网格时, 误差则相应的减小。

3 结论及建议

对于壳与实体连接的数量较少且网格划分规整时, 采用刚性梁方法或者虚拟壳方法操作简便, 计算结果能够满足要求, 但是当需要考察连接部位的结果时不宜使用刚性梁连接。当连接数较多时或连接部位网格划分不规整时, 采用接触单元进行壳与实体的装配则更简单快捷, 但在使用中应注意该方法对单元网格的形状敏感, 网格划分不规整时应减小网格的尺寸, 并正确设置单元参数才能得到较为合理的计算结果。

摘要：在ANSYS有限元分析中经常会同时使用实体单元与壳单元以满足对结构不同部位的分析要求, 这就存在壳与实体单元连接时自由度不匹配的问题。本文通过一个悬臂梁模型, 采用几种不同的连接方法进行计算和分析比较, 得到了相应结论并给出了几种连接方法的使用建议。

关键词：ANSYS,壳实体连接,MPC

参考文献

[1]龙驭球, 包世华.结构力学教程[M].北京:高等教育出版社, 2000.

[2]张会杰, 祝兵, 高飞.ANSYS多点约束技术的应用[J].甘肃科技, 2007, 23 (2) .

ANSYS实体模型篇2

2.粘弹性是率相关行为, 材料特性可能与时间和温度都有关，粘弹性响应可看作由弹性和粘性部分组成。

– 弹性部分是可恢复的, 且是瞬时的。

– 粘性部分是不可恢复的, 且在整个时间范围内发生。ANSYS 中能模拟线性粘弹性，这导致如下假设: – 应变率与瞬态应力成比例 – 瞬态应变与瞬态应力也成比例

– 限于小应变、小变形行为(NLGEOM,OFF)–

C5=1

FICT TEMP可以从帮助文件里找到

ANSYS实体模型篇3

关键词：维修人员；人员配置；耦合算法

中图分类号：F252 文献标识码：A

文章编号：1002-3100(2007)11-0113-03

Abstract: On the foundation of analysing repairing the assignment, the application description based on Entity Relationship Model, gives out army maintenance organization personnel depaly coupling algorithm, analyses the feasibility, and detailedly introduces this kind of step distance travelled by a stream of water that the method is carried on maintenace personnel deplay, having fixed value to maintenance personnel reasonably deplay.

Key words: maintenance personnel; personnel depaly; coupling algorithm

0引言

在装备维修过程中，要使装备维修得以顺利、高效地完成，就必须依据每个人员的自身特点和真正作用，将合适的人分配到合适的工作岗位上，发挥他们的优势，使维修机构获得最高的效率[4]。本文正是针对维修机构中维修人员配置这一问题，基于对实体关系模型的描述，给出了人员配置的耦合算法，将其运用到维修机构中的维修人员配置中去。

1维修任务的分解

维修机构中的维修任务一般是指需要消耗一定资源和时间，有明确的起点和终点的作业[3]。根据维修任务的复杂程度，可以将任务分解为时序上有串、并行关系的子任务，其根为总任务。以某型装甲车辆的修理为例，可将其整车修理视作为任务本身，即任务的根，相邻两级任务之间是父子关系，同一父任务的各子任务之间有串、并行关系，如图1所示。每个任务有一负责人，他可以对任务进行分解，并可以参与对子任务维修人员的选择。维修任务负责人有两种类型，任务树叶端节点的人员负责装备维修的具体工作，而任务树中间节点的负责人则负责对子任务进行监控。通过对任务进行逐层分解，就实现了总维修任务自根向梢的分解。

为了对维修人员进行合理的配置，维修任务的属性除了包括维修任务类型、维修任务相关文档信息、维修任务持续时间估计等基本信息外，还应包括维修任务对维修人员的约束信息以及人员配置基本信息。可以用一个三元组J,Y,P来描述任务，其中J为维修任务基本信息集合，Y为维修人员的约束信息集合，P为人员配置基本信息集合。

2人员配置模型

2.1实体关系模型描述

实体关系模型（ERM）中分实体、属性和关系[1]。实体是在这里指具体或抽象地对维修机构装备维修工作有意义的事物，若把实体看作集合，则可称之为实体类型。在维修机构内，维修任务和维修人员都属于实体。属性是实体的特征，其取值范围称之为值域。关系是两个或多个实体类型间的逻辑关系，如维修任务与维修人员之间的逻辑关系。实体可以单独存在，但关系只能与它维系的实体类型一同出现。

实体关系模型能够描述两个或者多个实体类型之间1∶1、1∶N、M∶1以及M∶N的关系[2]。实体类型必须与至少一个属性值域呈1∶1的关系，这一值域中的值就能唯一的标识实体类型的每个实体。维修人员配置实体关系ERM图如图2所示。

图中，用实体类型“维修任务”来表示维修机构对应的各个任务，并用任务编号来标识它们。任务树结构用“任务结构”这一关系类型表示，其关键属性是下属任务编号和上属任务编号。借助关系“任务分派”来表示人员承担任务的情况。“指挥权限”用下属人员编号和上属人员编号的组合来表示。

将实体关系ERM图中内容转换成关系模型如下：R.维修任务（维修任务编号…）；R.任务结构（上属任务编号，下属任务编号）；R.任务分派（维修人员编号，维修任务编号）；R.任务描述（维修任务编号，文字描述）；R.维修人员（维修人员编号…）；R.指挥权限（上属人员编号，下属人员编号）；R.评定（维修人员编号，文字描述）。

2.2人员模型

人员模型是进行人员配置的基础。建立实体类型“维修人员”用以记录维修人员。用人员编号标识维修人员。现列出一些维修人员可能具有的属性：标识属性：人员编号，姓名，性别，年龄；业务情况属性：教育状况，技能培训，职称；安排任用属性：担任任务，编制；评定属性：上次测评日期，测评结果，工作业绩。

此时，必然有某些子任务没有相应的人员可以配备。这就应该增加新的人员或改变任务的人员约束矩阵，重新进行人员配置。因此，从以上分析可以看出，通过计算人员选择矩阵D的秩可以方便地判断人员配置的可行性。

3.3人员配置的步骤

由于维修机构中有部分一专多能的维修骨干人员，因此，每一任务负责人将维修任务分解为若干子任务后，应确定子任务的相对优先顺序，相对重要的维修任务对其下级子任务优先配置在这一专业能力强的维修人员。下面给出维修人员配置的步骤，如图3所示。这里假设条件是不会出现人员不足。

①任务不能再分解，则返回。

②否则，本级任务负责人将此级维修任务分解为若干子任务，确定每一子任务需要的维修人员的约束信息，生成n×m的人员约束矩阵A，并根据子任务的重要程度确定子任务的相对优先顺序。

③计算人员选择矩阵D=A×B，其中B为人员能力属性矩阵。

④假若：秩D＜n，则改变维修子任务的人员约束矩阵，更新矩阵A，转到③。

⑤否则，将D转化为标准形，为所有维修子任务配置人员，并将已选人员从人员选择矩阵中去除。

⑥对该任务的所有子任务，按照维修子任务重要程度的顺序优先配置关键任务上的骨干人员，重复上述过程。

4结束语