深蓝梦境 发表于 2016-3-14 09:44

ANSYS中同时对一批节点施加耦合集CP和径向位移约束时容易犯错...

  ANSYS中同时对一批节点施加耦合集CP和径向位移约束时容易犯错的地方
  一、情况说明
  3D 竖直水泥土加劲抗拔桩,带分散板的钢绞线埋于水泥土桩体内,钢绞线分自由段和锚固段,在ANSYS中用两种方法模拟接触。在自由段处,钢绞线与水泥土接触,只是摩擦系数MU=0,完全光滑,在 ANSYS中用TARGET170和CONTACT173接触单元模拟;在锚固段处,用COMBIN39法向和切向弹簧模拟。该桩型中仅有一块分散板,位于桩底,在建模时,仅建立了3D钢绞线、水泥桩体和桩周土体,没有建立分散板,假设分散板绝对刚性,其上水泥土体的竖向位移与相邻处的钢绞线底部节点位移相同,相当于这些节点用刚性杆连接起来。在ANSYS中需要使用CP命令,建立耦合集(等同于约束方程)。另一方面,由于参与上述耦合集的钢绞线底部节点同时为锚固段-水泥土接触单元(COMBIN39)中的节点,模型中该处接触面为圆柱面,需将法向弹簧上的节点默认坐标CSYS0转换为极坐标(使用命令NROTAT)。这样,对用一批节点(钢绞线底部节点),模型中同时施加了耦合集CP和径向位移约束(法向接触弹簧),若是耦合集CP和径向位移约束各自的坐标方向不同,计算结果相差很大,甚至错误。


  以上述模型为例,在耦合集CP中,分散板上水泥土体节点坐标系为CSYS0,即为整体笛卡尔坐标系,Z向竖直向上为正;在耦合集CP中的另一部分节点((钢绞线底部节点),因为连接弹簧使用了节点坐标旋转命令,将节点坐标转换为CSYS12(为极坐标系,Z向竖直向下为正),同一耦合集中,有的节点Z向竖直向上为正,有的节点Z向竖直向下为正,造成节点约束位移混乱,其计算结果错误。
  正确的设置方法是:需保证耦合集中各节点的坐标系方向相同,分散板上水泥土体节点坐标系为CSYS0(为极坐标系,Z向竖直向上为正),钢绞线底部节点坐标系为CSYS13(为极坐标系,Z向竖直向上为正)。
  错误的命令流:
  ESEL,S,TYPE,,3,4 !选择杆轴-桩体锚固段
  NSLE,S
  CSYS,12
  NROTAT,ALL !将COMBIN39节点坐标改为CSYS12
  CMSEL,S,PILE
  ASLV,S
  CSYS,12
  ASEL,R,LOC,X,0,d_plate/2
  ASEL,R,LOC,Z,bondlength !选择分散板上的桩体
  CM,PLATEPILE,AREA
  NSLA,S,1
  CM,PLATELOWNODE,NODE
  CMSEL,S,SHAFT
  ASLV,S
  nsla,s,1
  NSEL,R,LOC,Z,bondlength
  NSEL,R,LOC,X,d_shaft/2
  CM,PILELOWNODE,NODE
  CMSEL,A,PLATELOWNODE
  CP,1,UZ,ALL !由于没有建立分散板要耦合节点
  正确的命令流:
  ESEL,S,TYPE,,3,4 !选择杆轴-桩体锚固段
  NSLE,S
  CSYS,13 !(唯一区别)
  NROTAT,ALL !将COMBIN39节点坐标改为CSYS13
  CMSEL,S,PILE
  ASLV,S
  CSYS,12
  ASEL,R,LOC,X,0,d_plate/2
  ASEL,R,LOC,Z,bondlength !选择分散板上的桩体
  CM,PLATEPILE,AREA
  NSLA,S,1
  CM,PLATELOWNODE,NODE
  CMSEL,S,SHAFT
  ASLV,S
  nsla,s,1
  NSEL,R,LOC,Z,bondlength
  NSEL,R,LOC,X,d_shaft/2
  CM,PILELOWNODE,NODE
  CMSEL,A,PLATELOWNODE
  CP,1,UZ,ALL !由于没有建立分散板要耦合节点
  备注:
  1、CP命令
  Defines (or modifies) a set of coupled degrees of freedom.Coupling can be used to model various joint and hinge effects. A more general form of coupling can be done with constraint equations (CE)
  2、NROTAT命令
  Rotates nodal coordinate systems into the active system.
  节点坐标系:定义每个节点的自由度方向和节点结果数据的方向。
  节点坐标系则用于定义节点自由度的方向。每个节点都有自己的节点坐标系。在实际应用中,有时需要给节点施加不同于坐标系主方向上的载荷或约束,这就需将节点坐标系旋转到所需要的方向,然后在节点坐标系上施加载荷或约束。
  二、错误模型和正确模型的计算结果对比
  1、错误模型
  1)桩周土体的竖向位移及竖向应力(T=1.00)


  2)桩底分散板处局部水泥土的竖向位移和应力(T=1.00)

  上图结果明显有问题,因为钢绞线底部的上拔位移很大(约为132mm),而桩底之上的水泥土体由于位移协调,其竖向位移应该与钢绞线底部位移相同,但上图显示仅为-0.107mm,说明此处节点耦合集有问题。

  3)钢绞线轴力沿杆长的分布图(T=1.00)

  2、正确模型
  1)桩周土体的竖向位移及竖向应力(T=1.00)


  2)桩底分散板处局部水泥土的竖向位移和应力(T=1.00)

  3)钢绞线轴力沿杆长的分布图(T=1.00)





转自:http://blog.sina.com.cn/s/blog_9f5beef70102wpg8.html

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