ANSYS中弹性地基的实现方法(二)

        前面一篇文章讲述了在ANSYS中如何使用梁单元模拟弹性地基刚度，本篇主要介绍如何使用壳单元以及实体单元实现该功能。

 一、壳单元

        在所有壳单元类型中，能实现弹性地基的单元为Shell63单元，通过对壳单元第5实常数ESF的设置来达到弹性地基的模拟。针对高版本的ANSYS，由于删去了Shell63，因此要想实现该功能，需要采用ET命令进行调用。

        注意此时对弹性地基刚度的赋值与梁单元不同，此处单位量刚应为力/长度^3. 同时，还需注意防止刚体位移的发生。地基压力可通过OUTR和OUTPUT获得。但由于ANSYS中并与绘制地基压力的云图，因此云图的绘制需要通过另外的方法解决。

        由于各个节点的地基压力等于各个节点横向位移乘以弹簧刚度，因此我们可通过DNSOL命令修改结果数据库中的横向位移，从而可间接的将地基压力云图绘出。

        下面以某弹性地面上的大板为例，来简述其使用方法。

        (注意：建模时需要关注的一点，壳单元实现的弹性地基约束方向为沿着单元坐标系的Z轴，因此施加荷载的时候要打开单元坐标系确定方向)

        设有一尺寸为8mX4mX0.6m的大板，在其顶面3mX2m的居中范围内作用均布荷载，荷载大小为150KN/m^2，弹性地基刚度取20MN/m^3，板的弹性模量取30GPa,泊松比系数取0.2.

命令流如下：

finish

/clear

/prep7

A=8$B=4$H=0.6

A1=3$B1=2

Q=150e3

EE=2.0e7

ET,1,SHELL63

MP,EX,1,3.0E10

MP,PRXY,1,0.2

R,1,0.6,,,,EE

BLC4,,,A,B

WPOFFS,(A-A1)/2

WPROTA,,,90

ASBW,ALL

WPOFFS,,,A1

ASBW,ALL

WPOFFS,,(B-B1)/2

WPROTA,,90

ASBW,ALL

WPOFFS,,,-B1

ASBW,ALL

WPCSYS,-1

AATT,1,1,1

MSHKEY,1

ESIZE,0.25

AMESH,ALL

SFA,12,1,PRES,-Q

DK,1,UX,,,,UY

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

/solu

outpr,all,all

/output,ls,txt

solve

/output

/post1

/view,1,1,1,1

/ang,1,-120,zs,1

plnsol,u,z

!修改节点位移结果，绘制地基反力云图

*get,tnode,node,,count

*do,i,1,tnode

pi=uz(i)*EE

dnsol,i,u,z,pi

*enddo

plnsol,u,z

结果云图如下：

位移云图：

MISE应力云图如下：

地基反力云图如下：

 

二、实体单元

        除采用壳单元模拟上述过程外，如果在实际工程中，我们需要采用实体SOLID单元来模拟，该如何实现弹性地基呢？

        为实现弹性地基的效果，这里需要引入表面效应单元SURF154,观察SURF154单元的实常数输入说明，发现其定义的第4项可输入弹性地基刚度，为验证上述壳单元模型的有效性，这里依旧采用上述模型尺寸，改为用实体单元进行模拟。

        地基反力的输出可通过SURF154单元表定义输出。

建模命令流如下：

 

finish

/clear

/prep7

A=8$B=4$H=0.6

A1=3$B1=2

Q=150e3

EE=2.0e7

ET,1,solid186

et,2,surf154

MP,EX,1,3.0E10

MP,PRXY,1,0.2

!定义弹性地基刚度

r,1

R,2,,,,EE

BLC4,,,A,B,H

WPOFFS,(A-A1)/2

WPROTA,,,90

vSBW,ALL

WPOFFS,,,A1

vSBW,ALL

WPOFFS,,(B-B1)/2

WPROTA,,90

vSBW,ALL

WPOFFS,,,-B1

vSBW,ALL

WPCSYS,-1

vATT,1,1,1

MSHKEY,1

ESIZE,0.25

vMESH,ALL

SFA,52,1,PRES,Q

DK,1,UX,,,,UY

!建立表面效应单元

nsel,s,loc,z,0

type,2

real,2

esurf

allsel,all

/solu

outpr,all,all

/output,ls,txt

solve

/output

/post1

/view,1,1,1,1

/ang,1,-120,zs,1

plnsol,u,z

!利用单元表绘制地基反力

esel,u,type,,1

etable,DIJI,smisc,21

pletab,DIJI

位移云图如下：

 

地基反力云图如下：

  
        结果比较：从两者位移云图可见，采用壳单元以及实体单元模拟的弹性地基不管是从云图大概走势还是数值，两者都很接近，具有可比性。

        具体而言，以位移为例，采用壳单元模拟时，最大位移为0.001832m，采用实体单元模拟时，最大位移为0.001847，两者相差仅为0.81%。

        地基反力，壳单元模拟时最大值为36642.6N，实体单元模拟时最大值为36806.8N，两者相差仅为0.45%。

        从上述结果可见，不管是采用壳单元还是采用实体单元，两者皆可实现弹性地基的模拟。

        下篇文章将阐述如何使用人工弹簧来模拟弹性地基，这也是许多朋友所在意的，欢迎持续关注！