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ANSYS, Inc. Proprietary 2004 ANSYS, Inc. MPC MPC 应用应用 Table of Contents 1.介绍 2.MPC 用于 SOLID-SOLID, SHELL-SHELL 的连接 3.MPC 用于 SOLID-SHELL 的连接 4.MPC 用于 SOLID-BEAM 和 SHELL-BEAM 的连接 5.MPC 用于 FE 模型与载荷点的连接 ANSYS, Inc. Proprietary 2004 ANSYS, Inc. MPC MPC 应用应用 1. 介绍：什么是 MPC? • MPC 的含义：多点约束 MPC 对于小转动 4 3 1 LL 2 梁 实体 ANSYS, Inc. Proprietary 2004 ANSYS, Inc. MPC MPC 应用应用 1. 介绍：为什么需要 MPC? • 连接不同的网格： – 如果几何在拓扑上是不连接的，可以分别划分网格，然后用 MPC 进行连接各 FE 模型： 几何用 MPC 连接 不同的网格 应力分布 ANSYS, Inc. Proprietary 2004 ANSYS, Inc. MPC MPC 应用应用 • 连接不同的单元类型： – 如果在连接区域使用了不同的单元类型，由于节点自由度不同，连通性是不一 致的。

使用 MPC 可以使 FE 模型的连通性一致 几何 用 MPC 连接实体与壳体 变形 1. 介绍：用MPC 作什么? ANSYS, Inc. Proprietary 2004 ANSYS, Inc. MPC MPC 应用应用 • 施加远处的载荷： – 如果载荷点不在 FE 模型上，使用 MPC 可以实现载荷点与 FE 模型的连接： 用 MPC 连接载荷点和 FE 模型 应力分布 1.介绍：用MPC 作什么? ANSYS, Inc. Proprietary 2004 ANSYS, Inc. MPC MPC 应用应用 1. 介绍：为什么不用已有的接触算法？ • 结结果可能依赖赖于接触刚刚度： – 现有的 bonded 接触算法使用了惩罚方法 (penalty method)，由于接触刚度 (引 起病态条件) 和穿透，可能会影响结果的精度 • 即使对对小变变形问题问题 也需要大量迭代才能达到满满意的平衡 – 即使是线性问题，通常也需要迭代 • 在模态分析中，有时会出现虚假的自然频率 – 这是因为使用了接触刚度 • 只处处理平移自由度 – 对于接触面与目标面的距离非零的情况； – 不能处理 Shell 与 beam 装配的情况。

ANSYS, Inc. Proprietary 2004 ANSYS, Inc. MPC MPC 应用应用 1.介绍：为什么不用已有的接触算法？ • 只适于小应变应变 的情况 – 因为现有的 CE 方法总是使用初始的节点定位； • RBE3 约约束单单元只支持低阶单阶单 元 – 10 节点四面体单元是最常使用的单元； • 在 RBE3 的主节节点上，不允许许施加位移约约束 ANSYS, Inc. Proprietary 2004 ANSYS, Inc. MPC MPC 应用应用 1. 介绍：新的 MPC 方法的优点 • MPC 方程由软软件内部创创建： – 不需要用户手工定义 MPC 方程，用户只需将连接视为 “绑定” (bonded) 接触 ， ANSYS 将自动生成 MPC • 接触表面的节点自由度将被自动消除： – 这可以提高求解效率 • 不需要输输入接触刚刚度： – 不再需要通过多次尝试来保证求解精度； • 对对于小变变形问题问题 ，它表现为现为 “真线线性接触” 特性： – 求解系统方程时不需要迭代； • 对于大变形问题，在每一步迭代时更新 MPC 方程。

ANSYS, Inc. Proprietary 2004 ANSYS, Inc. MPC MPC 应用应用 1.介绍：新的 MPC 方法的优点 • 不仅仅可以约约束平移自由度，而且可以约约束转动转动 自由度： – 可以改善求解精度，并使 solid-shell, shell-shell, solid-beam 及 shell-beam 之 间的连接更合理 • 对对于接触对对定义义，也很容易生成内部的 MPC： – 对于了解如何定义接触的用户，也没有什么新东西 • 与 MSC/Nastran (RBE3 型) 不同 – 自动考虑形状函数，不需要权因子； – 不仅可以施加力，也可以施加位移约束 ANSYS, Inc. Proprietary 2004 ANSYS, Inc. MPC MPC 应用应用 过过程: 1)将连接视为接触面，使用命令或 Contact Wizard 来定义接触面和目标面： 2)设置接触单元选项 (keyoptions)： KEYOPT(2)=2 激活 MPC 方法 KEYOPT(4)=2基于节点 KEYOPT(12)=5 或 6设置为 “绑定 (bonded) ” 接触 1)Run the analysis 注意：如果接触面和目标面的网格相似，MPC 方法给出与连续网格相同 的结果。

如果接触面和目标面的网格相差较大，MPC 方法给出的界面处的 应力梯度将受到影响，网格越接近，结果越好 2. 将 MPC 连接用于 SOLID-SOLID, SHELL-SHELL ANSYS, Inc. Proprietary 2004 ANSYS, Inc. MPC MPC 应用应用 2. 将 MPC 连接用于 SOLID-SOLID, SHELL-SHELL 精度测试 Solid45 结果 E=2e5 Nu=0 F=62.5 10 1 20 精确解： 位移 应力 使用 MPC 于不同网格的连接 使用 MPC 于相似网格 ANSYS, Inc. Proprietary 2004 ANSYS, Inc. MPC MPC 应用应用 模型-1: 网格非常类似： SMAX=1.71 模型-2: 网格非常不同： SMAX=1.71 模型-3: 一致网格： SMAX=1.71 2. 将 MPC 连接用于 SOLID-SOLID, SHELL-SHELL ANSYS, Inc. Proprietary 2004 ANSYS, Inc. MPC MPC 应用应用 如果存在几何穿透： 1)设置 PINBALL 以捕获接触 2)使用 KEYOPT(9)=1 以忽略穿透 模型-2: 穿透以及 KEYOPT(9)=1 SMAX=1.71 KEYOPT(9)=0 KEYOPT(9)=1 2. 将 MPC 连接用于 SOLID-SOLID, SHELL-SHELL ANSYS, Inc. Proprietary 2004 ANSYS, Inc. MPC MPC 应用应用 如果几何上有间隙： 1) 设置 PINBALL 以捕获接触 2) 使用 KEYOPT(9)=1 以忽略穿透 Mx -2: 间隙以及 KEYOPT(9)=1 SMAX=1.73 KEYOPT(9)=0 KEYOPT(9)=1 2. 将 MPC 连接用于 SOLID-SOLID, SHELL-SHELL ANSYS, Inc. Proprietary 2004 ANSYS, Inc. MPC MPC 应用应用 精确解： 应力集中 Hex Tets 2. 将 MPC 连接用于 SOLID-SOLID, SHELL-SHELL ANSYS, Inc. Proprietary 2004 ANSYS, Inc. MPC MPC 应用应用 一致的实体网格MPC 用于不同的实体网格 MPC 连接用于 SOLID-SOLID (静力分析) 位移 位移 应力 应力 2. 将 MPC 连接用于 SOLID-SOLID, SHELL-SHELL ANSYS, Inc. Proprietary 2004 ANSYS, Inc. MPC MPC 应用应用 一致的实体网格MPC 用于不同的实体网格 MPC 连接用于 SOLID-SOLID (模态分析) 0.04% 0.09% 0.08% 0.05% 0.07% 0.05% 2. 将 MPC 连接用于 SOLID-SOLID, SHELL-SHELL ANSYS, Inc. Proprietary 2004 ANSYS, Inc. MPC MPC 应用应用 MPC 用于不同网格连接， 无偏移 一致的壳体网格 MPC 用于不同网格连接， 有偏移 MPC 连接用于 SHELL-SHELL (静力分析) 位移 Stress 位移 Stress 2. 将 MPC 连接用于 SOLID-SOLID, SHELL-SHELL ANSYS, Inc. Proprietary 2004 ANSYS, Inc. MPC MPC 应用应用 MPC 用于不同网格连接， 无偏移 一致的壳体网格MPC 用于不同网格连接， 有偏移 MPC 连接用于 SHELL-SHELL ( 模态分析) 1 111.35 2203.86 3227.26 4272.38 5323.39 6361.17 0.02% 0.04% 0.02% 0.01% 0.07% 0.17% 1 111.37 2203.95 3227.34 4272.42 5323.63 6361.85 1 111.37 2203.95 3227.34 4272.42 5323.63 6361.85 0.02% 0.04% 0.02% 0.01% 0.07% 0.17% 2. 将 MPC 连接用于 SOLID-SOLID, SHELL-SHELL ANSYS, Inc. Proprietary 2004 ANSYS, Inc. MPC MPC 应用应用 MPC 连接用于 SHELL-SHELL (边界对边界) Contact175 Target170 2. 将 MPC 连接用于 SOLID-SOLID, SHELL-SHELL ANSYS, Inc. Proprietary 2004 ANSYS, Inc. MPC MPC 应用应用 使用 MPC 方法的绑定接触 单个零件的结果 Part-1 Part-2 Part- 3 to 5 Part- 6 to 8 示例： 2. 将 MPC 连接用于 SOLID-SOLID, SHELL-SHELL ANSYS, Inc. Proprietary 2004 ANSYS, Inc. MPC MPC 应用应用 实体网格于壳体网格不需要对 齐 过过程： 1) 将连接处理为接触，对实体使用 Target170，对壳体使用 Contact175。

•设置接触单元 Contact175 选项 (keyoptions): KEYOPT(2)=2 激活 MPC 方法 KEYOPT(12)=5 或 6设置为绑定接触 3) 设置目标单元 Target170 选项： KEYOPT(5)=0自动约束类型探测 (default) KEYOPT(5)=1实体-实体约束 (没有旋转自由度被约束) KEYOPT(5)=2壳体-壳体约束 (同时约束平移和旋转自由度) KEYOPT(5)=3壳体-实体约束 (壳体边界同时约束平移和旋转自由度； 实体表面上只约束平移) 4) 执行分析 2. 将 MPC 连接用于 SOLID-SHELL ANSYS, Inc. Proprietary 2004 ANSYS, Inc. MPC MPC 应用应用 精度测试 E=2e5 Nu=0 。