msc.patran中体单元与壳单元的连接方法的探索

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1、2002年MSC.Software中国用户论文集MSC.Patran中体单元与壳单元的连接方法的探索*国家自然科学基金委资助的课题（10072005）、北京市自然科学基金委资助的课题（3002002）陈继华杜家政隋允康管昭（北京工业大学数值模拟中心）摘要：本文对用MSC.Patran建立体壳混合模型时，就怎样使体壳连接边的节点相互对应协调；以及怎样解决因为体壳单元自由度不同而使得两者之间用Equivalence（节点相等）不能固定的问题进行了些使用上的摸索；同时对该软件在计算应力集中问题的可靠性进行了检验，

2、为用本软件建模提供了些可借鉴的方法。Researchofjointsolid-element&shellelementinPATRANJihuaChenJiazhengDuYunkangSuiZhaoGuan(NumericalSimulationCenterforEngineeringBeijingPolytechnicUniversity)Abstract：Thispaperisabouthowtomakenodesofthemutualedgesofthesolidsandtheshellstoass

3、ortwitheachotherandhowtosolvetheproblemwhichisarousedbythedifferenceofthefreedegreesofthesolidandtheshellsothat“Equivalence”couldnotbeusedtosolveit,whenthecompoundmodelisfoundedbyusingMSC.Patran.Moreover,thepapermakessomepracticestotestthesoftware’sreliabi

4、lityofthecalculationalstressconcentrateandgivessomereferencedmethodsformodelingwiththesoftware.一、前言在对一些工程实际问题建模时发现不能用单一的某种单元来处理，而是体、壳、梁或杆的混合模型。但由于这些单元的自由度上的差异造成点对点之间不能用Equivalence直接连接，比如体单元只有平动三个自由度，而壳单元有五个自由度，用Equivalence只能保证两者的连接没有相互移动，不能保证两者之间没有转动。本文就这个

5、问题就怎样使用MPC（multitudepointcontrol）做了些实践性的摸索。图1第3行第2行第1行二、模型的建立和单元的划分2002年MSC.Software中国用户论文集在建立单一的体、壳模型时，只要保证各个几何实体之间有公共的边、面或用Associate使之相互协调，以保证划分网格后用Equivalence命令来得到期望的有限元模型。但要建立体壳混合的有限元模型时，仅仅这样是不够的（对于B-rep体），因为这样并不能保证体和壳的公共边上的节点相互对应。通过反复的摸索发现可以在先保证体边和壳边协

6、调的前提下，对体的表面及壳面先划分单元，然后再对体划分单元，这样体壳公共边上有位置相同的接点，如图1，然后删除体上的面单元或对这些单元不加属性。同理，当体的表面是比较复杂的曲面时，为了保证有限元模型与几何模型更接近也得用这种方法。三、用MPC点连接体壳建立如图2所视的体壳混合模型，体的长宽高分别为10、3、4，面的长为20，宽为3，两者的过度处用圆角连接，在壳的最右边施加与壳面垂直的均布力，其和为44，体的左端面固定。要实现体和壳的连接可以选用RSCCONSurf-Vol和Rigid之一。两者有所不同，前者

7、dependent点是一项，independent点是两项，后者dependent点的项数不定，但independent点是一项；但两者每项的点数都必须相等，都必须在体上选至少两组点。前者必须使壳上的点作为dependent中的项，体上的两组点都是independent中的项；后者壳上的点可以在dependent中也可在independent中。1.交接面单元的不同划分的比较图4，NODE1439ELMENT5219图3，体上的圆角半径为0.5，NODE1421，ELMENT5144这里首先对体壳实体模型的

8、交接面（这个面一定是矩形）的网格划分进行试探，如下：图5图3和图4的实体模型完全一样，但图3在交接面分了两行节点（没有第2行），而图4分了3行节点，如图1。然后都用RSCCONSurf-Vol方法建立MPC点，体上选用第1行和第3行的节点作为其independent项，第3行壳上的节点作为dependent项。计算结果如图3、4，其最大应力分别为1720和1660（不考虑单位），都在壳与体的连接处。但材料力学解为