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【行业新闻】讨论Abaqus中壳与梁的耦合问题

2020-10-15


序言

对于梁壳耦合,一般出现有限元简化分析中,即将梁简化成梁单元,将实体简化成壳单元所致。对于梁壳的连接,一般有如下两种方式:

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                                 图1 梁和壳铰接              图2 梁和壳共面连接

对于图1的连接方式,处理起来比较简单。由于壳单元和梁单元的节点都是6个自由度,所以可以直接绑定,或者共节点,处理起来都不难。但是对于图2,处理起来就没那么容易了。

目前整理出来三种方法,分别是:实体建模法,stringer法和tie法。接下来就来简单研究下。

实体建模法

顾名思义,将所有壳壳进行实体建模,无疑这是效率最低的方法,但是也是最符合实际的方法,在测试过程中可以最为参照模型。

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                                图3 实体模型                图4 实体网格模型

边界条件为四角固定,上部受0.1MPa压强。

材料为Q235。上板为100*100*2mm,梁为8*8mm。

Stringer法

该方法为一种加强法,abaqus帮助文档在解释这种方法使用的配图如下:

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         图5 stringer配图

根据abaqus官方解释,这个方法可以在二维和三维模型中应用。主要的路径是在property模块中选型Special→StringerCreate进行设置,然后再定义梁的属性,需要说明,此时默认是选不到这条新建的线的,需要将选择器切换到stringer。

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图6 stringer定义

Tie方法

此方法是需要单独将梁建模,然后再相互作用的时候将两者绑定。在基于abaqus6.14的操作中,tie的容差需要按照绘图中的距离来设置,而非实际距离设置。如果两者不共面,需要把adjust选项勾掉,避免梁节点的移动。

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  图7 tie定义

结果对比

分别取应力和位移结果进行分析

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 图8 应力云图

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 图9 位移云图

由云图可以看出,stringer和tie的结果基本一致,在受力上,略大于实体网格,在变形上,略小于实体网格。这是因为stringer和tie的方法中,梁的刚度相当于略有增强,使用此方法,在评价应力结果的时候偏安全。

如果关注壳的应力分布,采用stringer的方法无疑会更便捷点,但是此方法如果想获取梁的一些云图和参数之类的,就不太方便了。

如果关于梁的应力分布,采用tie的方法可以接受。


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