ANSYS各类型单元连接专题讲解（四）之2D梁与2D实体单元刚接

        前面文章主要讲解了梁单元与其他类型单元铰接的情况，从本篇文章开始，将主要讲解梁单元与各类单元刚接的情况，而这也是我们日常工程中比较常见的一种连接方式。

        首先从2D平面单元单元开始说起。

        尽管现在的ANSYS版本已经摒弃了很古老的2D梁单元，改用Beam18x系列单元代替，但为究其连接方法，这类方面仍具有一定的讲解价值，例如我们计算一榀框架的时候多数时候是采用2D平面单元的。

         2D梁单元包括：beam3、beam23、beam54

         2D实体单元：plane单元

         一般来讲，2D梁单元与2D实体单元刚接一般分为三种方法：

        1）约束方程法；2）伪梁法；3）MPC法。

        三种方法的连接原理无非是建立自由度之间的关系方程，但值得注意的是由于采用了局部区域的节点，因而在建立关系的局部区域内可能会有应力集中的情况，后处理当中应格外注意。    

        约束方程法后续讲解3D梁单元连接时会详细说明，此处简单说下伪梁法与MPC法。

        其实伪梁法与MPC法原理基本一样，构造一个虚拟梁单元，使虚拟梁单元与外部梁单元刚接，虚拟梁单元与内部实体单元强制刚接，从而间接实现外部梁单元与实体单元的刚接效果。

        使用伪梁法需注意的是，在建立虚拟梁单元时，虚拟梁单元应至少与实体单元的两个节点相连，刚度可取为无穷大或者实际梁单元的10^5倍。

        下面以一个小案例来演示。     

     如上图所示，两块小钢板中间靠一小钢梁连接，小钢梁上有均布荷载，尺寸如上所示，均以mm计，中间钢梁所受均布荷载为10KN/m,采用ANSYS模拟该情况。

finish

/clear

/prep7

et,1,beam3

et,2,plane42,,,3

mp,ex,1,2.1e5

mp,prxy,1,0.3

mp,dens,1,7850e-12

b1=50

h1=10

A1=b1*h1

I1=b1*h1*h1*h1/12

!==========

!实际梁单元截面特性

r,1,A1,I1,H1

!板单元厚度

r,2,H1

!伪梁单元截面特性

r,3,A1,I1*1e10,H1

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

!几何模型建立

blc4,,,2000,2000

agen,2,all,,,6000

wpoffs,,1000

wprota,,90

asbw,all

l,10,11

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

asel,all

aatt,1,2,2

esize,200

amesh,all

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

lsel,s,loc,x,2000+0.1,6000-0.1

latt,1,1,1

esize,100

lmesh,all

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

!建立伪梁

type,1

real,3

e,26,12

e,138,139

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

allsel,all

/solu

lsel,s,loc,x,0

lsel,a,loc,x,8000

dl,all,,all,0

lsel,s,loc,x,2000,6000

esll,s

sfbeam,all,1,pres,10

allsel

solve

求解结果：

位移

应力：

连接两端出现了可以预见的应力集中效应。

梁弯矩图：

通过弯矩图也可见，两端实现了刚接。

当两端仅共用节点时，相应的云图如下：

        当采用MPC模拟时，其实是采用MPC184单元,并定义为刚性梁，建模方法同上述伪梁法类似。但需要注意的是由于184是三维单元，在求解二维问题时，还需要约束节点的面外自由度

！==========

et,3,mpc184,1

type,1

e,26,12

e,138,139

d,12,uz,,,,,Rotx,roty

d,138,uz,,,,,rotx,roty

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祝好

ANSYS结构院

2018.5.15