用mpc184单元分析大转动变形

用mpc184单元分析大转动变形 2011年05月20日 星期五 11:54 P.M.

在ANSYS中施加扭矩通常有cerig,rbe3,mpc184三种方法。还有把力矩等效为节点力的办法，这个办法毛病很多，不在讨论之列。

cerig是在实际受载荷区域建立一个所谓\刚性区域\，然后把载荷施加在跟这个刚性区域相连的“master node”上。

rbe3和cerig是类似的。不同的是，rbe3把施加在master node上的载荷，按照一定的权重，分配到各个\上。

cerig,rbe3两种办法的本质，就是建立了约束方程，而约束方程是线性的，所以，cerig,rbe3只能用于线性问题，对于大变形等非线性问题，如果不慎使用了cerig,rbe3，就会得到错误的结果。

mpc184则支持非线性分析，所以，可以应用于大变形等非线性场合。

下面是一个例子，分别用rbe3, cerig,mpc184施加转动进行计算。

问题描述：一个截面为正方形的杆件，一端完全固定，另外一端施加转动载荷，使端面旋转45度(0.7854弧度)。

杆件几何参数：截面为1x1的正方形，杆长10。 材料参数:e=10000;泊松比v=0.3;

分析：端面转动了45度，明显属于大转动非线性，分析的时候，应该选用支持大变形的单元类型，这里旋转solid185。

由于问题属于大变形非线性，求解的时候，应该打开非线性选项。 ansy中的对应命令语句为：NLGEOM,ON。

1.使用Cerig：

最大应力为4233；最大位移： 0.556 由于端面跟master node为刚性联接，端面为刚性区域，刚性区域只产生刚体位移，本身不会发生变形，所以，在端面附近产生明显的颈缩现象。

2.使用rbe3:

最大vonmises应力为:919；最大位移：0.6178

使用rbe3不会产生刚性区域，所以没有颈缩现象。 3.使用mpc184单元；

最大von mises 应力为:350；最大位移：0.54 由上面三个分析结果图对比可以看出：

1.三种不同的方法得到的位移结果相差并不是特别悬殊。

2.应力结果相差比较悬殊，由此可见，使用cerig,rbe3于大变形结构时，计算得到的应力结果是非常不准确的。

下面是一个ANSYS教程中的计算结果。该教程中，创建了2个面，两个面的位置刚好和杆件的2个表面接触，两个面正好把杆件\夹住\。在杆件和面之间定义了接触。把两个面设置为rigid target surface。转动45度的位移载荷施加到rigid target surface的pilot节点上。通过这2个rigid target surface的刚体转动，带动杆件转动45度。

下面是其计算结果：

最大应力为:390;最大位移为0.534;

这个计算结果与用mpc184计算得到的最大应力350,最大位移0.54的结果是非常吻合的。

由于这种方法是用刚性面夹住杆件来施加45度旋转位移载荷的，实际的受载区域为杆件和刚性面的接触区域，而前面的模型，受载荷的区域是杆件的端面，由于模型本身是有差异的，所以，应力计算结果相差50也是在合理的范围之内的。

附：这个例子的目的仅仅是为了对比rbe3,cerig,mpc184对于结构大变形问题的模拟，这几个例子都假定材料始终保持弹性，不会有塑形变形，否则材料在cerig，rbe3两种情况所产生的比较大的应力作用下，早就屈服而产生塑形变形了。转：

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