ANSYS中如何定义变截面壳单元

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最近有粉丝咨询水哥如何在ANSYS中定义变截面壳单元,今日水哥就以一个小案例简单演示其方法。
说起变截面,很多同学可能会联想到梁单元的变截面定义,在梁单元中,我们是采用自定义截面的方法来进行,也即通过定义梁单元首尾截面尺寸,最后通过读入截面的方法来进行。
变截面壳单元操作方法与梁单元有很大不同,总的来讲,有两种方式可以进行变截面定义:
1、在定义实常数的时候,可以通过实常数分别指定单元I、J、K、L的厚度,所以如果能把握住节点处坐标与厚度的关系,则可通过编写一个函数来实现不同位置处壳单元厚度的定义。但此种方法需要不断定义实常数,且需提前规划好单元的划分段数以便定义实常数,同时赋值的时候也甚是麻烦,一旦单元尺寸有所改变,所有命令流必须全部修改,故此种方法不推荐。
2、利用表数组,定义位置坐标与厚度的关系,通过secfunction命令,在壳单元赋值的时候绑定厚度属性与位置坐标的关系,软件在划分单元的时候则会根据单元中心坐标自动确定单元厚度,这种方法简单快捷,同时不受单元尺寸的影响。
事实上,在gui操作中定义壳单元截面时,在最下面有一个section Function,这个就是指定截面厚度函数,函数需通过表数组来进行定义。

ANSYS中如何定义变截面壳单元

而在workbench中,定义变截面时,只需要输入厚度与坐标的关系就行,类似这里的section function。

ANSYS中如何定义变截面壳单元

下面以一个小案例演示操作方法。
某变截面钢管,长2m,底部截面尺寸为外径300mm,壁厚30mm,顶部截面尺寸为外径150mm,壁厚10mm,顶部受水平力作用,分别采用壳单元和实体单元模拟,计算其在水平荷载作用下的位移响应。(这里为了演示效果,夸大了尺寸,实际中这种尺寸不一定存在)
1、采用变截面壳单元

ANSYS中如何定义变截面壳单元

ANSYS中如何定义变截面壳单元

2、采用实体单元

ANSYS中如何定义变截面壳单元

ANSYS中如何定义变截面壳单元

两者位移相差约0.67%,在可接受误差范围之内。
代码如下:
1、采用变截面壳单元

finish

/clear

/prep7

et,1,shell181

et,2,mpc184

keyopt,2,1,1

mp,ex,1,2.1e5

mp,prxy,1,0.3

mp,dens,1,7850-e12

K,1,135

k,2,70,2000

L,1,2

k,3,0

k,4,0,2000

arotat,1,,,,,,3,4

!=============

!定义表数组

*dim,TK,table,4,1,1,Y

TK(1,0)=0,2000

TK(1,1)=30,10

sectype,1,shell

secfunction,%TK%

!==================

allsel,all

esize,20

amesh,all

!==================

/eshape,1

*get,nummax,node,0,num,maxd

n,nummax+1,0,2000

n,nummax+2,0,2500

type,2

E,nummax+1,nummax+2

nsel,s,loc,y,2000

cerig,nummax+1,all,all

!=======================

allsel,all

/solu

nsel,s,loc,y,0

d,all,all,0

allsel,all

f,nummax+2,fx,10e3

allsel,all

solve

/post1

plnsol,u,sum

2、采用实体单元

finish

/clear

/prep7

et,1,solid185

et,2,mpc184

keyopt,2,1,1

mp,ex,1,2.1e5

mp,prxy,1,0.3

mp,dens,1,7850-e12

!=============

K,1,120

k,2,150

k,3,65,2000

k,4,75,2000

a,1,2,4,3

k,6,0

k,7,0,2000

vrotat,1,,,,,,6,7

!==============

lsel,s,length,,10,30

lesize,all,,,3

esize,20

vsweep,all

!==================

/eshape,1

*get,nummax,node,0,num,maxd

n,nummax+1,0,2000

n,nummax+2,0,2500

type,2

E,nummax+1,nummax+2

nsel,s,loc,y,2000

cerig,nummax+1,all,all

!=======================

allsel,all

/solu

nsel,s,loc,y,0

d,all,all,0

allsel,all

f,nummax+2,fx,10e3

allsel,all

solve

/post1

plnsol,u,sum

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ANSYS中如何定义变截面壳单元

祝好
ANSYS结构院
2021.1.28

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