Question

ANSYS workbench板杆模型仿真测试及验证

Answer 1

一、实验目的

1、测试ANSYS workbench进行板杆有限元模型建模相关功能的可行性；

2、通过与ANSYS APDL的计算结果进行对比，验证仿真计算结果的正确性。

二、算例说明

1、单元类型

点击Type 1 MASS21->Options，将K3更改为3-D w/o rot iner。如下图所示。

点击Type 4 MPC184->Options，将K1更改为Rigid Beam。如下图所示。

2、实常数设置

选择MASS21单元，设置质点的重量为0.01kg。如下图所示。

3、材料属性设置

这里我们使用两种材料，这两种材料的弹性模量均为2E11Pa，泊松比均为0.3，而材料1的密度设置为7850kg/m³，材料2的密度设置为0 kg/m³。材料2用于MPC单元，其余单元均使用材料1。设置如下图所示。

4、截面形状设置

梁单元的截面形状为实心圆，半径为0.05米，SHELL单元的厚度为0.02米。

5、几何建模

6、网格划分

首先对几何元素赋单元类型、材料和截面形状等属性。之后对质点对应的两个KeyPoint绘制网格，然后对梁和面绘制网格（每条线上均为6个单元），网格划分结果如下图所示。

划分好网格之后，还需要定义梁和两个面的MPC，在Modeling->Creat->Contact Pair中创建。在Basic选项卡中的Contact algorithm设置为MPC algorithm。

7、定义边界条件

约束左下方端点的所有自由度。

8、求解设置

Solution->Analysis->New Analysis中更改为Modal。

Solution->Analysis->Analysis Options中设置求解的模态的数量。

点击Solve->Current LS进行求解。

9、计算结果

加入MPC无法计算，去除MPC之后的结算结果为：

模态振型：

将质点的重量改为10时的计算结果为：

三、基于ANSYS workbench的计算

计算结果：

模态振型：

将质点的重量改为10时的计算结果为：

可以看出ANSYS workbench的计算结果与APDL吻合得很好。

1、线与面有相交的地方不同的处理方式（共用节点和建立接触）对最后模态分析的频率结果有不小的影响，尤其是刚体模态的频率。所以最好采用共用节点的方式，具体操作时Mesh Edit->Node Merge，在进行这一步操作之前可能需要Node Move功能将面上一个节点移动到很接近线端点的位置。

2、对于质点的问题，需要注意的是质点依附于的几何元素最好是点，所以在进行几何建模的时候应该提前预留端点用于质点的定义。

其余结论：还可以尝试使用Finite element modeler模块来引入其他软件的有限元模型来作为结构分析的输入，但是我使用CDB文件进行输入MPC被忽略了，并且ANSYS 2019R1中移除了该模块。该模块还支持bdf文件的输入，具体效果如何未进行试验。