搜索索網找形ANSYS分析
2017-08-25 by:CAE仿真在線 來源:互聯網
索網找形分析的經典案例其實有很多,但是最近就做找形分析時的確也遇到了一些問題,因此這里僅以一個簡單的例子對某些問題進行說明,希望對有需要的伙伴有幫助。使用模型參照期刊:《考慮索自重作用下找形的一種方法》-晏景通。
1.算例
設有支撐再剛性邊界的菱形索網,初始幾何尺寸如圖a所示(橫豎索之間的間距均為9.15m),弾性模型2.1e11Pa,泊松比0.3,截面積為0.0014m2,預拉伸力大小為800KN。安裝時,左右兩支點比水平位置高3.66m,上下兩支點比水平位置矮3.66m,其形態如圖b所示,在索心處施加一沿法線100KN的集中力,試分析最終索網形態。
2.分析
首先,在對懸索進行模擬的時候,我們首先會遇到第一個問題:使用什么單元來模擬索比較合適?
要回答該問題,首先需要清楚索結構的兩個重要假定:
①索之間的交叉節點為無摩擦的理想鉸接
②索單元認為是只拉單元,既不能承受任何彎矩,也不能承受任何壓力
由此可以看出,使用link單元來模擬繩索會比使用beam單元更加合適。
其次,由于大部分文章仍使用link10進行懸索分析,因此這里特別說明下,link180作為原來幾種單元的代替進行使用,說明其功能更加強大,也能進行索結構的分析。至于會遇到如何施加初應力或者初應變的問題,再后面分析中會具體說明如何設置。故而本例采用設置了僅受拉的link180單元進行分析。
最后,要重點說明一下這個形為什么要找。需要說明的是,如果能直接確定索網的初始狀態(受載荷之前),這個形是不需要找的。但是我們面臨的問題是,一般索網成馬鞍面之類的負高斯曲面,初始構型很難直接由普通建模得到。因此,我們需要先用一些特殊的手段初次找形,得到安裝時的大致形狀,然后再施加真實的預應力和材料參數第二次找形,最終獲取纜索形態,才能進行后續的外載荷分析,否則直接分析將會動不動就報位移量超出的錯誤,也即整個結構難以平衡。
3.幾何模型
Ansys中進行幾何模型的建立其實相當不便,因此這里使用sw建立好索網的平面圖,導入ansys中進行后續分析。這里建模過程我得細說一下,因為存在一定的技巧。
A.在sw的草圖模塊中通過多邊形、直線偏移以及剪裁命令快速創建二維草圖如下(圖中圓是多邊形工具的內切圓)
B.將建立好的二維草圖導出為igs格式,但是要進行如下設置,也即勾選上輸出草圖實體,否則草圖將不被導出。
C.ansys導入剛才另存的igs格式文件,會得到下述幾何模型
可以看到,導入的草圖有兩個問題:①多了構造多邊形的圓線②每根線是單獨的,沒有相互關聯起來(通過線的顏色判斷)。對于第一個問題我們直接刪除草圖上多余的線即可。對于第二個問題,直接使用線搭接命令(默認導入時重合關鍵點合并,因此不用線粘結)。然后我們可以得到如圖b的幾何模型。
4.有限元模型
按照第二部分的分析,選擇link180來離散幾何模型。使用section設定link180的如下截面參數:
將每根索劃分為三段,以便找形分析所得曲面更加貼近,劃分網格,最終得到下述有限元模型(平面狀態):
5.第一次找形
第一次找形是為了獲取施加準確預應力前的索網大致形狀。其中需要注意的是,本次找形會設定虛擬的材料參數,也就是不真實的材料參數,這里主要指彈性模量,會設定為原來的千分之一到萬分之一(這里設置成千分之一)。至于為什么這樣設置,在王新敏的《ansys工程結構數值分析》有如下說明:
形狀確定問題簡稱“找形”,其基本原理是減小彈性剛度的影響,利用結構的應力剛度求得滿足邊界條件的平衡曲面,當完全不計彈性剛度時獲得索網的最小曲面。因此,在找形分析時應采用較小的彈性模量,且不施加外載荷和自重載荷。
清楚了這個以后,我們開始最關鍵的一步:設定link180的預應力。由于link10直接使用實常數定義初應變,因此當link10被淘汰以后,很多人剛接觸找形分析不清楚怎么對link180設置這個。這里需要用到命令inistate。
具體就不進行詳細說明,就分別舉設置初應變和初應力的例子。
上述由于初應力是defi下的默認選項,因此設定初應變的話需要額外加上類型設置的命令。
設定初應變為0.999后,約束所有邊線節點的ux和uy,以模擬剛性邊界,然后施加四個支點的位移抬升,打開大變形開關,求解。下面是第一次找形結果:
6.第二次找形
第二次找形時,首先使用upgeom命令,更新有限元模型,也即將第一次找形后的結果直接作為有限元分析模型。然后恢復真實彈性模量以及預拉伸力,再次求解,得到最終找形結果如下(重力相比于預應力較小,這里忽略其影響):
7.施加外載
外載的施加和普通靜力分析一樣,這里就不再向下說明了。
8.最后
上述只簡單的介紹了找形分析的基本流程,主要留意link180如何施加初應力與初應變。關于找形分析更多案例,詳見王新敏-《ansys工程結構數值分析》。
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