Workbench中beam-solid连接方式探讨与合理设置

1.引言

ANSYS Workbench中梁与实体固定连接时，可以用bonded contact，也可以是fixed joint。实体间固定连接时，pinball的设置采用默认选项program controlled即可。梁与实体固定连接时，pinball设置不当则会产生严重错误结果。如图1模型，2个零件均为实体，材料均为structural steel，细长梁截面尺寸50X50mm，长度400mm，底座截面尺寸140x140mm，厚度10mm，边界条件如图。零件间连接为bonded contact，formulation选program controlled，pinball region选program controlled，最大变形为0.15572mm如图2，structural error为0.0035mJ。Formulation选MPC，以及pinball region的其它选项对结果影响极小，只是小数点后第三位数字开始有变化。

图 1 图2

2.Beam-solid采用bonded contact连接

如图3，细长梁采用line body建模，边界条件不变。为区别比较，底座上建立与梁截面尺寸相等的印记面。梁与实体底座bonded contact连接，目标面选择为2种情况：50X50印记面和140x140整个表面。Formulation选MPC。试算发现，pinball的半径对变形有决定性影响如表1。

图 3

表 1

图4、图5、图6、图7

由图4和图5可见，当目标面与梁截面尺寸相同时，过小的pinball半径（包括pinball默认设置）导致目标面没有足够的节点与梁端点建立约束方程，进而得出错误的结果。当pinball区域远大于目标面时，建立约束的节点仍被限制在目标面内。由图6和图7可见，当目标面为目标体的整个面时，建立约束的节点由pinball半径控制。

3.Beam-solid采用fixed joint连接

如图8，边界条件不变，梁与实体底座fixed joint连接，注意到零件表面被选中时，pinball region默认为all，可输入数值改变pinball半径。零件表面的选择同样取2种情况。试算比较如表2。由图9至图12可见，过小的pinball半径会导致计算错误。Pinball的默认设置all使mobile面内所有节点与梁的端点建立起约束。