ANSYS专题：3D梁与壳单元刚性连接解析

前面文章主要讲解了2d梁单元与2d实体单元的刚接问题，今日主要讲解3d梁单元与壳单元的刚接问题。前面文章有讲，梁单元除ROtZ外与壳单元有5个自由度物理意义相同，因而，当需要考虑梁单元与壳单元的刚接问题时，只需考虑该自由度与壳单元其他自由度的约束方程。具体处理方式可根据实际情况采用不同的处理方法。

3d梁单元与壳单元刚性连接按照位置关系的不同，可分为三类：

1）梁单元以一定角度与壳单元相交。

2）梁单元包含在壳单元内。

3）梁单元在壳面但不包含的情况。

下面对这三类情况分别进行阐述。

一、梁单元以一定角度与壳单元相交

该类情况示意图如下：

此种方式可以通过梁单元自由度ROTZ与壳单元其他自由度之间的数学关系，建立约束方程，命令流为CE。很多教材上面都有梁单元垂直穿过壳单元的经典案例，例如一个典型的采用CE建立约束方程的命令流如下：

CE,1,0,142,ux,1,23,ux,-1,2,rotz,ny(142)-ny(58)

CE,2,0,92,uy,1,30,uy,-1,2,rotz,-(nx(92)-nx(30))

此种处理方式水哥个人不推荐，一则建立数学关系太烦，二则在一个工程中，如果此类情况较多，工作量实在太大，所以一般这类情况我们是通过建立刚性区域解决，这种方式会自动生成约束方程，虽不如之间建立约束方程合理，但能大大减少工作量。

二、梁单元包含在壳面内的情况

此种情况应该是工程中最多的情况，典型情况便是我们经常所见楼板与梁的连接。

例如采用ANSYS模拟一个多层混凝土框架结构，一般除计算整体指标外，我们在计算具体荷载作用时（如风荷载、地震作用、恒载、活载等），楼板一般采用弹性版，此时可用壳单元模拟，主梁、次梁采用梁单元模拟，此时变为梁单元包含在壳面内的情况，当然此类情况是否需要考虑截面偏置，可根据具体工程而定。

对这中梁单元包含在壳单元面内的情况，只需要将梁单元与壳单元共用节点即可，而无须格外建立约束方程。

三、梁单元在壳单元内但不包含

此种情况为梁与壳位于同一面内，但其中面不包含梁线，适用于多尺度建模分析（如下图）。梁单元与壳单元的连接在端部可以通过刚性梁和刚性区域两种方式连接。

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