ANSYS中杆单元和壳单元的单元耦合问题

1、ANSYS中杆单元和壳单元的单元耦合问题在比较复杂的结构的有限元分析中，不同的结构部件通常使用不同类型的单元来模拟。通常情况下，不同类型的单元的各个节点的自由度数目是不同的，不同类型单元的连接节点处的自由度的耦合问题，是一个比较令人头疼的问题。在ANSYS中通常可以用耦合命令CP来耦合不同类型单元在连接节点处的自由度(DOF)。也可以用CE命令来认为添加自由度之间的约束方程来达到耦合的目的。下面是一个简单的算例，使用了CE命令来耦合连接节点处的自由度。模型是航天器的机翼的一个Section的某一个隔框。上下表皮是薄壳结构，用Shell63单元来模拟，在上下表皮之间有起支撑作用的杆件，用link

2、8单元来模拟。建模的时候，link8单元和shell63单元在连接有各自独立的节点。即：link8单元和shell63单元的节点在连接处是重合的，但是，节点编号是各自独立的。link8单元在每个节点有 ux,uy,uz3个平动自由度；shell63在每个节点有ux,uy,uz这3个平动自由度和rotx,roty,rotz这3个转个自由，共6个自由度。在耦合节点处，两个耦合节点的ux,uy,uz自由度应该是相等的。这个等式可以用CE命令来描述。完整的命令流如下：finish/clear,start/prep7!定义第一种材料属性；mp,ex,1,30e6 mp,prxy,1,0.3!定义shel

3、l63单元和实常数；et,1,shell63r,1,1e-3!建立几何模型；rectng,31.8,33.2,0,0.3556agen,2,1,1,1,0,0,1a,1,4,8,5a,6,7,3,2KL,7,0.5, , KL,3,0.5, , 在关键点处生成节点；nkpt,100,4 !与编号为117的节点耦合nkpt,101,9 !与编号为169的节点耦合nkpt,102,10 !与编号为120的节点耦合nkpt,103,7 !与编号为160的节点耦合mat,1type,1real,1lesize,1,6lesize,3,6lesize,5,6lesize,7,6lesize,9,6les

4、ize,10,6lesize,11,6lesize,12,6lesize,2,6lesize,4,6lesize,6,6lesize,8,6MSHAPE, 0, 2DMSHKEY, 1allselamesh,all!定义第二种材料属性；mp,ex,2,30e4mp,prxy,2,0.3!定义link8单元和实常数；et,2,link8r,2,28.26e-6mat,2type,2real,2e,101,102e,100,101e,102,103!CE, NEQN, CONST, NODE1, Lab1, C1, NODE2, Lab2, C2, NODE3, !Lab3, C3ce,1,0,1

5、00,ux,1,117,ux,-1 !节点100的ux节点117的ux;ce,2,0,100,uy,1,117,uy,-1 !节点100的uy节点117的uy;ce,3,0,100,uz,1,117,uz,-1 !节点100的uz节点117的uz;ce,4,0,101,ux,1,169,ux,-1 !同上；ce,5,0,101,uy,1,169,uy,-1ce,6,0,101,uz,1,169,uz,-1ce,7,0,102,ux,1,120,ux,-1ce,8,0,102,uy,1,120,uy,-1ce,9,0,102,uz,1,120,uz,-1ce,10,0,103,ux,1,160,ux,-1ce,11,0,103,uy,1,160,uy,-1ce,12,0,103,uz,1,160,uz,-1!施加约束，底面约束所有的自由度；DA,1,all!施加分布载荷；SFA,2,1,PRES,-1e4finish/solusolve !求解；finis