ABAQUS中梁壳连接问题的分析与解决方案

经常被问到梁单元与壳单元的连接处理问题，今天就用一个简单案例来聊一聊梁与壳之间的那点事。

主要讨论两个问题：

1）梁与壳的连接；

2）梁位置对结构的影响。简单案列模型如图1所示，由三部分组成，四根半径3的实心圆柱，厚度4的shell，板上的加强筋beam截面为box，a=12,b=8,T=3。具体工况为底部四节点固定，shell面板承受1t的均布力。

这里梁与壳的连接包含两种情况，一是梁端部与壳相连（如立柱），二是梁在壳平面内。对于情况一常用的方法是共节点，因为梁单元与壳单元具有相同的六个自由度。在mesh模块，通过merge节点实现，另一种方法是用MPC tie来连接两个节点，如图2所示。两种连接方式分析结果如图3所示，位移和应力都是一样的。

图1 模型及工况

图2 Beam节点与shell连接（左为共节点，右为MPC连接）

图3 位移云图（左为共节点，右为MPC连接）

图4  应力云图（左为共节点，右为MPC连接）

对于第二个问题，也是经常遇到，就是壳平面内的梁与壳的位置关系问题。如图5是梁与壳的两种不同位置，左图beam在shell面内，渲染后与实际位置不符，右图beam位于shell下方，渲染后位置符合实际。立柱beam与shell共节点，shell面上beam与shell通过Tie约束实现节点绑定。

两种位置分析结果如图6，可见，位移和应力大致相同，但位移还是有一定差别。位置正确的位移0.5256，位置不正确的位移0.7287。因此，在实际结构分析时，需要按正确的位置进行设置，才能获得较可靠的结果。

图5 梁的位置（左为shell平面内，右为shell下方）

图6 云图结果（上为beam在shell面内，下beam于shell下方）

好了，案例分析完了。

1）梁端点与壳连接可以采用共节点或MPC里的TIE，可以得到一样的结果

2）梁轴线在壳体面内时，可以通过Node set进行绑定约束，绑定容差考虑梁轴线到中性面的距离

3）关于梁截面的位置关系，通过渲染后模型实际位置进行确定，需与实际结构位置一致。

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