ANSYS_MPC连接梁壳单元实例

ANSYS各类型单元连接专题讲解（一）之连接总则一直以来，有不少同学咨询水哥关于ANSYS中杆单元、梁单元、壳单元、实体单元的连接问题。

之所以要用到各单元的连接，主要是由于我们在实际项目中，常常需要各种单元组合模拟，例如框架结构计算中的框架柱、框架梁采用梁单元模拟，楼板采用壳单元模拟，如此便会产生各类型单元之间的连接问题。

为解决部分朋友们的疑问，水哥依自己的理解将从以下几个方面系统讲解下ANSYS中杆单元、梁单元、壳单元、实体单元的连接，其中若有不合理之处，还望各位朋友批评指正。

本系列讲解目录如下：1、单元连接总原则。

2、杆与梁、壳、体单元的连接。

3、梁单元与实体单元铰接。

4、2D梁单元与2D实体单元刚接。

5、3D梁单元与3D实体单元刚接。

6、壳单元与实体单元连接。

7、单元连接综合实例。

本篇推文为该系列文章的首篇，主要说下ANSYS中单元连接总的原则以及简单介绍两个概念。

一般来说，按“杆梁壳体”单元顺序，只要后一种单元的自由度完全包含前一种单元的自由度，则只要有公共节点即可，不需要约束方程，否则需要耦合自由度与约束方程。

例如：（1）杆与梁、壳、体单元有公共节点即可，不需要约束方程。

（2）梁与壳有公共节点即可，也不需要约束写约束方程；壳梁自由度数目相同，自由度也相同，尽管壳的rotz是虚的自由度，也不妨碍二者之间的关系，这有点类同于梁与杆的关系。

（3）梁与体则要在相同位置建立不同的节点，然后在节点处耦合自由度与施加约束方程。

（4）壳与体则也要相同位置建立不同的节点，然后在节点处耦合自由度与施加约束方程。

从上述也可见，ANSYS无非是通过三种方法来实现单元之间的连接：共用节点、耦合、约束方程。

这里简单介绍下耦合与约束方程的基本概念。

一、耦合所谓耦合，其实是一种比较特殊的约束方程，只不过为了区别于普通一般的约束方程，方便用户操作，特定提出来的一个概念。

他具体指当我们需要迫使两个或多个自由度取得相同值（值未知）时，可以将这类自由耦合在一起。

论坛里常有人问不同单元之间的连接问题，我自己也一直被这个问题所困绕,最近从ANＳＹＳ工程分析进阶实例上知道了AＮSYS中不同单元之间的连接原则。

感觉收收获不小，现把它上传与大家共享。

一般来说，按“杆梁壳体”单元顺序，只要后一种单元的自由度完全包含前一种单元的自由度，则只要有公共节点即可,不需要约束方程,否则需要耦合自由度与约事方程。

例如：(1)杆与梁、壳、体单元有公共节点即可，不需要约束方程。

ﻫ（2)梁与壳有公共节点怒可,也不需要约束写约束方程;壳梁自由度数目相同,自由度也相同，尽管壳的ｒoｔz是虚的自由度，也不妨碍二者之间的关系，这有点类同于梁与杆的关系。

(3)梁与体则要在相同位置建立不同的节点,然后在节点处耦合自由度与施加约束方程。

(４)壳与体则也要相同位置建立不同的节点，然后在节点处耦合自由度与施加约束方程。

上面所述的不同单元之间的接连方法主要是用耦合自由度和约束方程来实现的,有一定的局限性,只适用于小位移，下面介绍一种支持大位移算法的方法，ＭＰC法。

MPC即Mｕｌtiｐoint Conｓtraｉｎt,多点约束方程,其原理与前面所说的方程的技术几乎一致,将不连续、自由度不协调的单元网格连接起来,不需要连接边界上的节点完全一一对应。

MPC能够连接的模型一般有以下几种。

ﻫsolid 模型-ｓoｌid模型ﻫsｈelｌ模型-ｓheｌｌ模型ｓolｉｄ模型-shell 模型ｓolｉd 模型-beaｍ模型shelｌ模型-bｅam模型ﻫ在ＡNSＹS中,实现上述MPC技术有三种途径。

ﻫ(1）通过MPC18４单元定义模型的刚性或者二力杆连接关系。

定义MＰC1８4单元模型与定义杆的操作完全一致，而MPC单(2）利用约束元的作用可以是刚性杆（三个自由度的连接关系)或者刚性梁(六个自由度的连接关系)。

ﻫ方程菜单路径Ｍain Meｎｕ>pｒeproceｓsor>Coupliｎｇ/Cｅqn>shelｌ／ｓｏｌid Ｉｎｔerface创建壳与实体模型之间的装配关系。

AnsysWorkbench工程实例之——梁单元静力学分析本文可能是您能在网络上搜索到的关于Ansys Workbench梁单元介绍最详细全面的文章之一。

梁单元常用于简化长宽比超过10的梁与杆模型，比如建筑桁架、桥梁、螺栓、杠杆等。

Workbench中的梁单元有Beam188（默认）与Beam189两种，Beam188无中节点，Beam189有中节点。

在全局网格设置下，梁单元的中节点设置Element MIdside Nodes默认为dropped(无中节点），即默认使用Beam188单元，如果改为kept(有中节点)，则将改变为Beam189单元。

类型单元形状中节点自由度形函数Beam188 3D梁无 6 线性Beam189 3D梁有 6 二次Beam188Beam1891 梁单元分析概要1.1 建模与模型导入线框模型可在DM中创建，也可导入stp/igs等模型。

以下分别介绍通过DM创建与通过CAD软件创建导入过程。

1.1.1 梁线体的创建方法1，简单的线体模型可以在DM中创建，一般在XY平面绘制草图或点，再通过Concept——Lines From Sketches、Lines From Points或3D Curve等创建。

区别在于Lines From Sketches是提取草图所有的线条，如果线条是相连接的，提取的结果为一个线几何体。

Lines From Points或3D Curve用于将草图的点（可以是草图线条的端点）连接成为线体，结合Add Frozen选项，可以创建多个线几何体。

操作3次后多个线条可以通过From New Part功能组合为一个几何体，组合后两条线共节点，相当于焊接在一起。

选中后右击方法2，通过CAD软件创建后导入。

如果读者使用的是creo建模，可在草图中创建点，退出草图后选择基准——曲线——通过点的曲线。

操作3次后输出时需要注意，可另存为stp或igs格式，在输出对话框中必须勾选基准曲线和点选项。

《有限元程序设计》课程作业题目：MPC在solid和shell单元连接处应用2015年6月4日MPC在solid和shell单元连接处应用本人利用ANSYS15.0软件进行练习学习此方法。

一、建立模型模型包含一个薄圆柱桶和一个正方体底座。

圆柱桶的半径为2.5mm，高为5mm；正方体的边长为5mm。

建立模型如下。

二、划分单元在Element >Add/Edit/Delete里，创建四类单元类型,结果如下图，分别为实体单元SOLID95、壳单元SHELL63、实体连接单元TARGE170、壳体连接单元CONTA175。

CONTA175单元选项里,K2选择MPC算法,设置图如下。

在Material Props> Material Models里,设定单元的杨氏模量为2e11；泊松比为0.3；在Real Constants>Add/Edit/Delete里,SHELL63单元的厚设为0.5。

通过Meshing>MeshTool里，分别对为实体座和薄圆柱划分网格，为了便于计算，单元边长设为1，结果如图所示。

三、处理连接部位选择实体座的接触界面，并设置面上单元属性为TARGE170类型；选择壳体的接触线，并设置单元属性为CONTA175类型。

然后选择以上单元，在Main Menu>Preprocessor>Modeling>Creat>Contact Pair 中，创建一个接触对。

四、施加约束在Solution>Define Loads>Apply>Structural>Displacement>On Areas，给实体座底部（视图里最左边的面）施加位移约束，位移为0。

Solution>Define Loads>Apply>Structural>Pressure>On Lines，在壳体自由端面上，施加1e6 N的压力。

利用MPC技术对solid-shell单元进行连接实例----------简支梁一、问题描述⨯表面上作用有大小为1MPa的压力，两端φ150圆柱面为支撑表面，梁的尺寸如下图所示，在梁的2000300分析其应力和变形情况。

由于梁的形状和载荷都对称于梁跨度中点处横截面，分析时可取梁长度的一半。

二、步骤分析1.选择单元类型通过Preprocessor>Element Typle>Add/Edit/Delete出现如图1-1左所示对话框，单击Add；弹出如图1-1右所示对话框，在左侧列表中选“Structural Solid”，在右侧列表中选”Brick 20node 95”，然后单击Apply按钮；再在左侧列表中选“Structural Shell”，在右侧列表中选”Elastic 4node 63”，然后单击Apply按钮；再在左侧列表中选“Contact”，在右侧列表中选”3D target 170”，然后单击Apply按钮；再在左侧列表中选“Contact”，在右侧列表中选”pt-to-surf175”，单击OK按钮。

返回到”Eiement type”对话框，在列表中选择”Type3TARGET170”，单击option按钮，弹出1-1右对话框，选择K5为”SLD/SLD”（SLD/SLD约束），单击OK按钮；在列表中选择”Type4CONTA175”单击option按钮，弹出1-2对话框，选择K2为” MPCalgorithm”（MPC算法），选择K12为”Bonded（always）”（接触面行为为绑定）单击OK按钮，单击”Element type”对话框的close按钮。

图1-1图1-22.定义实常数通过Preprocessor>Material Props> Material Models,弹出Real Constants对话框，单击Add按钮，弹出如图2-1左所示对话框，选择Type2SHELL 163，单击OK按钮，弹出如图2-1右所示对话框，在TK（I）文本框中输入0.02，单击OK按钮，于是定义了实常数1。

梁单元和板单元Ansys 仿真报告一 已知条件如图所示是一个方台的模型，台面是边长为1m 的正方形，厚度是0.1m ，四个支柱是高度为0.6m ，横截面是边长为0.04m 的正方形，台面和支柱的材料参数都是206E GPa =，0.3μ=，现在台面上向下施加10MPa 的均布压强，支柱的下面的点施加所有自由度的约束。

二 实验目的和要求学会使用梁单元和板壳单元，同时掌握不同类型单元如何在一起使用，要求用ANSYS 软件建立相应的实体模型和有限元离散模型，同时说明所采用的单元的种类。

三 实验过程概述（1） 定义文件名（2） 根据要求建立模型：通过关键点建模，建立四个梁结构和一个板壳结构（3） 设置单元类型及属性，设置材料属性（4） 离散几何模型，进行网格划分（5） 施加位移约束（6） 施加载荷（7） 提交计算求解及后处理（8） 分析结果四 实验内容分析（1）了解如何使用梁单元和板壳单元。

对于板壳单元，要定义它的厚度。

对于梁单元要定义它的截面形状。

（2）了解不同类型单元在同一个模型中一同使用时需要注意的问题。

不同类型的单元在同一个模型中要注意网格划分问题，应该分开划分网格，而不能对整个模型进行划分，并且划分时要有侧重点，对于想要研究的部分网格划分要细致一点，而不重要的部分划分时可以粗略一点。

（3）在这样一个平台受力问题中出现的应力集中的问题。

由图2看出，应力集中主要出现在方台与支柱接触处。

图 1 位移云图图 2 应力云图五实验小结和体会对于一个复杂的实际问题，在进行有限元分析时要注意对复杂模型进行基本模型分解，并选用合适的单元类型进行简化。

对于约束载荷部分应根据实际情况进行模型的简化和等效处理。

另外在定义单元属性时要考虑全面，不要遗漏，例如对于梁单元需要设置截面参数等，对于板壳单元需要设置其厚度参数等；以及不同类型单元在同一个模型中一同使用时，需要注意设置不同的单元以及采用不同的离散方法，要采用合适的单元设置模式。

论坛里常有人问不同单元之间的连接问题，我自己也一直被这个问题所困绕，最近从ANSYS工程分析进阶实例上知道了ANSYS中不同单元之间的连接原则。

感觉收收获不小，现把它上传与大家共享。

一般来说，按“杆梁壳体”单元顺序，只要后一种单元的自由度完全包含前一种单元的自由度，则只要有公共节点即可，不需要约束方程，否则需要耦合自由度与约事方程。

例如：（1）杆与梁、壳、体单元有公共节点即可，不需要约束方程。

（2）梁与壳有公共节点怒可，也不需要约束写约束方程；壳梁自由度数目相同，自由度也相同，尽管壳的rotz是虚的自由度，也不妨碍二者之间的关系，这有点类同于梁与杆的关系。

（3）梁与体则要在相同位置建立不同的节点，然后在节点处耦合自由度与施加约束方程。

（4）壳与体则也要相同位置建立不同的节点，然后在节点处耦合自由度与施加约束方程。

上面所述的不同单元之间的接连方法主要是用耦合自由度和约束方程来实现的，有一定的局限性，只适用于小位移，下面介绍一种支持大位移算法的方法，MPC法。

MPC即Multipoint Constraint,多点约束方程，其原理与前面所说的方程的技术几乎一致，将不连续、自由度不协调的单元网格连接起来，不需要连接边界上的节点完全一一对应。

MPC能够连接的模型一般有以下几种。

solid 模型-solid 模型shell模型-shell模型solid 模型-shell 模型solid 模型-beam 模型shell 模型-beam模型在 ANSYS中，实现上述MPC技术有三种途径。

（1）通过MPC184单元定义模型的刚性或者二力杆连接关系。

定义MPC184单元模型与定义杆的操作完全一致，而MPC单元的作用可以是刚性杆（三个自由度的连接关系）或者刚性梁（六个自由度的连接关系）。

（2）利用约束方程菜单路径Main Menu>preprocessor>Coupling/Ceqn>shell/solid Interface 创建壳与实体模型之间的装配关系。

梁单元和板单元Ansys 仿真报告一 已知条件如图所示是一个方台的模型，台面是边长为1m 的正方形，厚度是0.1m ，四个支柱是高度为0.6m ，横截面是边长为0.04m 的正方形，台面和支柱的材料参数都是206E GPa =，0.3μ=，现在台面上向下施加10MPa 的均布压强，支柱的下面的点施加所有自由度的约束。

二 实验目的和要求学会使用梁单元和板壳单元，同时掌握不同类型单元如何在一起使用，要求用ANSYS 软件建立相应的实体模型和有限元离散模型，同时说明所采用的单元的种类。

三 实验过程概述（1） 定义文件名（2） 根据要求建立模型：通过关键点建模，建立四个梁结构和一个板壳结构（3） 设置单元类型及属性，设置材料属性（4） 离散几何模型，进行网格划分（5） 施加位移约束（6） 施加载荷（7） 提交计算求解及后处理（8） 分析结果四 实验内容分析（1）了解如何使用梁单元和板壳单元。

对于板壳单元，要定义它的厚度。

对于梁单元要定义它的截面形状。

（2）了解不同类型单元在同一个模型中一同使用时需要注意的问题。

不同类型的单元在同一个模型中要注意网格划分问题，应该分开划分网格，而不能对整个模型进行划分，并且划分时要有侧重点，对于想要研究的部分网格划分要细致一点，而不重要的部分划分时可以粗略一点。

（3）在这样一个平台受力问题中出现的应力集中的问题。

由图2看出，应力集中主要出现在方台与支柱接触处。

图 1 位移云图图 2 应力云图五实验小结和体会对于一个复杂的实际问题，在进行有限元分析时要注意对复杂模型进行基本模型分解，并选用合适的单元类型进行简化。

对于约束载荷部分应根据实际情况进行模型的简化和等效处理。

另外在定义单元属性时要考虑全面，不要遗漏，例如对于梁单元需要设置截面参数等，对于板壳单元需要设置其厚度参数等；以及不同类型单元在同一个模型中一同使用时，需要注意设置不同的单元以及采用不同的离散方法，要采用合适的单元设置模式。

[转载]ansys中实体单元与壳单元的连接处理⽅法原⽂地址：ansys中实体单元与壳单元的连接处理⽅法作者：埃及⽂字2010为简化模型，在有些模型中采⽤壳和实体混合的单元类型，由于壳单元节点表⽰的是⼀个截⾯，因此除平动⾃由度外，⼀般具有转动⾃由度；⽽实体单元节点表⽰的是⼀个点，因此只有平动⾃由度。

因此在这些模型中，壳单元与实体单元过渡处的节点由于⾃由度的不同，不能单纯的进⾏节点耦合。

⽬前实体单元与壳单元连接常⽤的处理使⽤MPC⽅法(SHSD命令)定义两者之间的装配关系，这种⽅法⼀般可理解为绑定接触形式。

尽管采⽤了接触模块，采⽤MPC⽅法在⼩变形时不需要平衡迭代，在⼤变形中在每个平衡迭代中不断进⾏更新，⼜克服了传统约束⽅程只适⽤于⼩应变的限制。

该⽅法是处理节点⾃由度耦合较为理想的形式。

本⽂分别采⽤混合单元与纯实体单元两种⽅式进⾏建模，分析，结果及命令流如下：采⽤混合单元进⾏分析时的应⼒分布云图（第三应⼒强度理论）：单纯采⽤实体单元进⾏分析时应⼒分布云图（第三应⼒强度理论）：采⽤混合单元分析的命令流如下：/CLEAR/FILNAME, EXAMPLE26/PREP7ET, 1, SOLID95ET, 2, SHELL63ET, 3, TARGE170KEYOPT, 3, 5, 1ET, 4, CONTA175KEYOPT, 4, 2, 2KEYOPT, 4, 12, 5R, 1, 0.02R, 2R, 3R, 4R, 5MP, EX, 1, 2E11MP, PRXY, 1, 0.3/VIEW, 1, 1, 1, 1BLOCK, -0.14, 0.14, -0.14, 0.14, 0,0.98VDELE, 1,,,0ADELE, 1, 2, 1, 1BLOCK, -0.15, 0.15, -0.15, 0.15, 0.98, 1K, 20, 0, 0, 0.98K, 21, 0, 0.1, 0.98K, 22, 0, 0.1, 1K, 23, 0, 0.075, 1K, 24, 0, 0.075, 1.3 K, 25, 0, 0, 1.3 LSEL, NONEL, 20, 21L, 21, 22L, 22, 23L, 23, 24L, 24, 25L, 25, 20LFILLT, 27, 28, 0.025 AL, ALL VROTAT, 11,,,,,,20, 25 ALLS VOVLAP, ALL AATT, 1, 1, 2 ESIZE, 0.02 MSHAPE, 0 MSHKEY, 1 AMESH, 3, 6, 1 VATT, 1, 1, 1 ESIZE, 0.0175 SMRTSIZE, 5 MSHAPE, 1 MSHKEY, 0 VMESH, ALLALLSASEL, S,,,47 NSLA, S, 1TYPE, 3REAL, 2ESURFALLSLSEL, S,,,5ESURF ALLS ASEL, S,,,47 NSLA, S, 1 TYPE, 3 REAL, 3 ESURF ALLS LSEL, S,,,6 NSLL, S, 1 TYPE, 4 REAL,3 ESURF ALLS ASEL, S,,,47 NSLA, S, 1 TYPE, 3 REAL, 4 ESURF ALLS LSEL, S,,,7 NSLL, S, 1 TYPE, 4 REAL, 4 ESURF ALLS ASEL, S,,,47 NSLA, S, 1 TYPE, 3 REAL, 5 ESURF ALLSREAL, 5ESURFALLSSHSD, 2, CREATE SHSD, 3, CREATESHSD, 4, CREATESHSD, 5, CREATEFINISH/SOLUASEL, S,,,21, 27, 6ASEL,A,,,15,33,18NSLA, S, 1D, ALL, ALLALLSNSEL, S, LOC, Z, 0D, ALL, UZALLSSFA, 4,2, PRES, -1E6*3/2.804 SFA, 8, 1, PRES, -1E6*3/2.804 SOLVEFINISH/POST1PLNSOL, S, EQV, 0, 1 FINISH。