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1、ANSYS 中 MPC 的应用 目 录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 SHELL-SHELL 的连接5. MPC 用于 SOLID-BEAM 和 SHELL-BEAM 的连接6. MPC 用于 FE 模型与载荷点的连接1. 介绍：(1) 什么是 MPC?MPC 的含义：多点约束，表达式可写为：示例： (2) 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：(3) 使用 MPC 做什么?a. 连接不
2、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。 b. 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：(4) 为什么不用已有的接触算法？a. 结果可能依赖于接触刚度： 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。? b. 即使对小变形问题也需要大量迭代才能达到满意的平衡。 即使是线性问题，通常也需要迭代。? c. 在模态分析中，有时会出现虚假的自然频率。 这是因为
3、使用了接触刚度。? d. 只处理平移自由度 - 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。? e. 只适于小应变的情况 因为现有的 CE 方法总是使用初始的节点定位；? f. RBE3 约束单元只支持低阶单元10 节点四面体单元是最常使用的单元；g. 在 RBE3 的主节点上，不允许施加位移约束。 (5) 新的 MPC 方法的优点? a. MPC 方程由软件内部创建： 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。? b. 接触表面的节点自由度将被自动消除： 这可以提高求
4、解效率。? c. 不需要输入接触刚度： 不再需要通过多次尝试来保证求解精度；? d. 对于小变形问题，它表现为 “真线性接触” 特性： 求解系统方程时不需要迭代；e. 对于大变形问题，在每一步迭代时更新 MPC 方程。f. 不仅可以约束平移自由度，而且可以约束转动自由度： 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。? g. 对于接触对定义，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。? h. 与 MSC/Nastran (RBE3 型) 不同 - 自动考虑形状函数
5、，不需要权因子； - 不仅可以施加力，也可以施加位移约束。2. 将 MPC 连接用于 SOLID-SOLID, SHELL-SHELL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3) 执行分析注意：如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，网格越相
6、近，结果越好。以下是使用 MPC 时，对不同情况的计算结果精度的测试：a. 网格相似性 b. 网格一致性c. 几何穿透影响 d. 几何间隙e. 应力集中的情况 f. MPC 连接用于 SOLID-SOLID - 静力分析g. MPC 连接用于 SOLID-SOLID - 模态分析 h. MPC 连接用于 SHELL-SHELL - 静力分析h. MPC 连接用于 SHELL-SHELL - 模态分析 i. MPC 连接用于 SHELL-SHELL - 边界对边界j. MPC 连接用于接触 3. 将 MPC 连接用于 SOLID-SHELL实体网格与壳体网格不需要对齐。A. 过程：1) 将连接处
7、理为接触，对实体使用 Target170，对壳体使用Contact175。2) 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
8、 B. 计算精度：以下是将 MPC 连接用于 SOLID - SHELL 连接时的一些精度测试结果：a. 不同网格的连接：b. 虚拟壳体 SHSD - KEYOPT(5) = 1 c. 虚拟壳体 SHSD - KEYOPT(5) = 2d. 不使用虚拟壳体 SHSD - KEYOPT(5) = 3 e. 总结示例： 4. 将 MPC 连接用于 SHELL-SHELLa. 两种消除接触面与目标面间隙的方法：1) 如果接触面法线与目标面相交，可以使用 PSOLVE 命令延伸接触面GUI 菜单： Main Menu Solution Solve Partial Solu 2) 如果接触面法线与目标面
9、不相交，可以使用 KEYOPT(5)=4，仍像接触节点和目标段在 pinball 范围内部一样创建约束方程。 5. MPC 约束用于 SOLID-BEAM 和 SHELL-BEAM过程：1) 1) 将实体表面和 /或壳体边界作为接触面，将梁节点作为目标的pilot 节点，不需要添加目标面。2) 2) 设置接触单元选项：KEYOPT(2) = 2 激活 MPC 方法 KEYOPT(12) = 5 或 6 设置为绑定接触KEYOPT(4) = 1 力 - 分布表面KEYOPT(4) = 2 刚性约束表面3) 执行分析示例 1：实体结果与实体-梁连接结果的比较，下面右图中间分为实体和梁两段，用 MP
10、C 连接到一起：1. 刚性约束表面工况2. 表面分布力工况 示例 2：示例 3：实体结果与壳体-梁连接结果的比较，下面右图中间分为壳体和梁两段，用 MPC 连接到一起：工况 1： 刚性约束面 工况 2：表面分布力6. 用 MPC 连接 FE 模型和加载点过程：1) 1) 将 FE 表面和/或边界作为接触面，加载节点作为目标pilot 节点，不需要添加目标面。2) 2) 设置接触单元选项：KEYOPT(2)=2 激活 MPC 方法KEYOPT(12)=5 or 6 设置为绑定接触KEYOPT(4)=1 力 分布表面KEYOPT(4)=2 刚性约束表面3) 执行分析示例：工况 1：刚性约束表面工况 2：表面分布力 MPC 应用
