ANSYS Workbench Mechanical позволяет соединить грань деформируемого твёрдого тела с кромкой тонкостенного тела (оболочки) с помощью контактных элементов.
Введение
Если контактная поверхность (Contact) контактной пары находится на кромке оболочки, а целевая поверхность (Target) – на грани твёрдого тела, то использование настройки «Target Normal, Couple U to ROT» связанного контакта (bonded contact) с формулировкой MPC (Multi-point constraint) позволит передавать через контактную пару перемещения и вращения, так что кромка поверхности будет передавать момент и воздействовать на деформируемое твёрдое тело так, как будто она приварена к нему.
Если тело является недеформируемым (Rigid), контактная пара с формулировкой MPC больше не будет передавать вращения и моменты через узлы. Такой контакт будет действовать как шарнир и теряет возможность работать как сварное соединение. Причина состоит в том, что связывание степеней свободы по вращению в узлах кромки может привести к переопределению граничных условий, если на эти узлы также задано вращение в явном виде, так что в контактной паре не связываются вращения для предотвращения такой ситуации.
Если пользователь хочет, чтобы недеформируемое тело было соединено с кромкой оболочки посредством жесткого соединения, можно пойти обходным путём – задать соединение Fixed Joint на кромку оболочки и твёрдого тела. В данной статье описываются нюансы этой операции.
Особенности соединения кромки оболочечного тела с твёрдым телом
Пользователь может создать контактную пару между кромкой оболочечного тела и гранью деформируемого твердого тела с контактными элементами на кромке оболочки и целевыми элементами на твёрдом теле. Если используется связанный контакт с формулировкой MPC (Mutli-point constraint), вращательные степени свободы узлов на оболочке можно согласовать с твёрдым телом с помощью установки типа соединения (Constraint Type) на «Target Normal, Couple U to Rot»
В примере, показанном на рисунке 2, кромка оболочки «следит» за поступательным и вращательным движением тела. Оболочка по линии контакта остаётся перпендикулярной к грани твёрдого тела, как будто она приварена к нему.
В некоторых моделях с тонкими оболочками, которые присоединяются к твёрдым телам, пользователи могут захотеть упростить модель, представив твёрдые тела как недеформируемые (Rigid).
На рисунке 4 представлена деформированная форма модели, в которой тело является недеформируемым, и вращения узлов на кромке оболочки с ним не связаны. В отличие от вращательных степеней свободы, поступательные составляющие (UX, UY и UZ) связаны с перемещением тела.
Для того, чтобы связать также и вращательные степени свободы, необходимо использовать соединение Fixed Joint.
Так как в настройках соединения используется жесткое поведение кромки оболочки (Behavior – Rigid), эта кромка перемещается и вращается вместе с недеформируемым телом.
При выводе распределений поля перемещений по недеформируемым телам по умолчанию не выводятся. Рисунок 6 был создан с помощью задания на поверхности недеформируемого тела контактной пары с контактными и целевыми элементами, которые ничего не делают, и служат исключительно для вывода распределения перемещений.
Результаты по перемещениям на рисунке 6 близки к результатам для модели с деформируемым твёрдым телом, в последнем случае перемещения немного больше (см. рисунок 2).
Выводы
В рамках расчётной платформы Workbench пользователь может соединить кромку оболочки (surface body) с гранью деформируемого твёрдого тела (solid body) посредством связанной контактной пары с формулировкой MPC (multi-point constraint), при этом контактные элементы расположены на кромке оболочки, а целевые элементы – на грани твёрдого тела. Узлы на кромке оболочки могут связываться с узлами твёрдого тела как по перемещениям, так и по вращениям тела, если задана настройка «Target Normal, Couple U to Rot». Если тело является недеформируемым (Rigid), то узлы по вращению не связываются. Полное совмещение поступательных и вращательных степеней свободы возможно осуществить с помощью соединения «Fixed Joint», при этом поведение кромки оболочки должно быть задано жестким (Rigid).
Источник: ansys.soften.com.ua
