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abaqus——MPC问题多点约束解析
图6-1NASTRAN中MPC类型
1.2MPC使用范围
这里提请大家注意的是,MPC建立的是多点约束关系,包括刚性约束与柔性约束两种。从某种意义上说,建立约束即建立两个或多个节点之间的联系,因而也可将MPC约束说成是MPC单元。如RBAR、RBE1、RBE2建立的是刚性单元,这些单元局部刚度是无限大的;而RBE3、RSPLINE单元则是柔性单元,其只是建立了不同节点的力与力矩的分配关系,也称之为插值单元。其局部刚度为零,不会对系统刚度产生影响。
1)描述非常刚硬的结构单元。如果结构模型中存在两个或两个以上的刚度相差很大的元器件时,刚硬元件在分析过程中,一方面起传递载荷作用,另一方面也发生部分变形。但其变形非常小,和柔软元件比,它是“刚性”的。这种情况下,对刚硬元件的描述显得尤为重要,如果用大刚度的弹性单元来模拟刚硬元件,会造成病态解。原因是,刚度矩阵中对角系数差别太大,引起矩阵病态。为解决本问题,应用适当的约束方程来代替刚硬的弹性单元,来创建更为合理的有限元模型。
2)在不同类型的单元间传递载荷。如在有限元模型中,包含三维实体单元和壳体单元。模型看来成功,没什么问题。但是求解是,会出现“刚度矩阵奇异”的错误。原因是,实体单元和壳体单元是不相容单元,实体单元节点有三个自由度(移动),而壳体单元节点却有五个自由度(三个移动,两个转动)。若不采取特殊处理,则无法将壳体单元上的力偶传递到实体单元上。为了消除这种奇异性,必须建立一种连接,作用是在实体中建立一个耦合,以承受壳体力偶。
3)任意方向的约束。当某节点可以沿着不平行于坐标轴的某个边界运动时,就需要定义一个约束方程,这个方程反映垂直于此边界的运动的约束。
4)刚性连杆。
1.3MPC定义的数学基础
(1)小位移理论
(2)MPC对系统刚度、质量、载荷等的影响
1.4MPC分类
MSC.Nastran中常用的MPC类型有如下几种。
◆Explicit用于定义某节点的位移与其他若干节点的位移的函数关系,该函数是一个一次多项式,具体方程如下所示:
U0=C1U1+C2U2+C3U3+...+CnUn+C0
式中,U0为从自由度,Ui为主自由度,Ci是权系数,C0为常数项。
◆Rigid(fixed)固定的多点约束。其将若干个依赖节点与某个独立节点相互固定,从而使依赖节点的所有自由度与独立节点保持一致,包括位移也保持一致。这种多点约束在用曲面模拟板状实体时,可以连接不同的平面,从而可以使不同的曲面连接起来。
RSSCONSurf-Vol建立二维板单元上一个从节点与三维体上两个主节点的MPC约束,从而实现不同类型单元连接时的自由度传递。该约束常用在板壳与三维体的焊接上,如图6-2所示。
图6-2板-体连接
上图中定义的MPC-RSSCON卡片如下:
RSSCON142GRID1205201
RSSCON143GRID22206202
RSSCON144GRID43207203
RSSCON145GRID64208204
式中,1为板壳单元边上的节点,205、201为对应与节点1的三维体单元上节点,依次类推。
另外,板-体连接也可用RBE3单元来实现。
CyclicSymmetry在两个不同的区域之间,建立一组柱面对称的多点约束边界条件(轴对称的多点约束边界条件)。从patran的相应界面中可见,需要选择一个柱坐标系,该坐标系的Z轴作为对称轴,在“DependentRegion”和IndependentRegion文本框中,输入依赖节点和独立节点,依赖节点和独立节点必须成对出现,而且,各节点对的角度差应该相等。
SlidingSurface在两个相一致的区域的节点之间,定义一个滑动曲面。对应节点间的移动自由度(即垂直于该曲面方向)被约束,但其他方向上保持自由。
RBE1
RBE2刚性单元,作为一个十分简便的工具,其可将相同的几个在刚性连接在一起。
RBE2单元的定义卡片如下所示:
RBE2
EID
GN
CM
GM1
GM2
GM3
GM4
GM5
GM6
GM7
GM8
-etc.-
式中
EIDMPC编号,系统自动产生
GN主节点号
CM从节点自由度
GMi从节点号
注意:(1)使用RBE2单元时,只能指定一个主节点,且主节点的六个自由度被用来参与对
从节点的载荷分配或约束。
(2)RBE2单元与
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