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有限元分析报告

ANSYS 处理体壳连接问题分析 姓名：丁永峰 班级：电控研 10-1 学号： 471020547 ANSYS 处理体壳连接问题分析

1．引言 在很多工程结构中，往往既有实体结构部分又有板壳结构部分，如苏通

长江公路大桥主航道索塔采用的钢锚箱与混凝土塔壁组合结构，索塔采用混

凝土、钢锚箱采用钢材，这样充分利用了两种材料，既满足索塔的受力要求，

又降低了工程的造价。 实体单元和壳单元的连接方法一般可以分为两大类：

一种是过渡单元法， Surana曾先后提出用于轴对称应力分析和三维应力分析的

过渡单元，以解决不同类型单元的连接。他所考虑的实体单元是等参单元，

壳单元是退化壳单元，过渡单元实际上是两种单元的结合。在过渡单元中，

一部分位移插值函数取自实体单元，另一部分位移插值函数取自壳单元，因

而也将壳单元的法向约束假设（垂直于中面的法线在变形后既不伸长也不缩

短）引入了过渡单元位移模式，这一强制性法向约束会在过渡单元内产生不

合理的附加应力。所以 Surana 在其文章中指出：在过渡单元中，如何确定应

变和应力尚是一个需要研究的问题，在他的算例中，一般都规定材料的泊松

比为零，可能正是为了回避上述问题。 另一种方法是建立实体单元节点与壳单元节点的多点约束方程，通过罚

函数法或直接引入法使多点约束方程得到满足。罚函数法是通过引入附加条

件构造修正泛函，将场函数的问题转化为求修正泛函的驻值问题。其具体处

理方法为：首先需要通过罚参数将约束方程引入到系统的能量泛函中，然后

通过求解驻值条件可以得到满足约束方程，即满足接触面上位移协调条件的 1

系统位移场。罚函数只能使多点约束方程近似得到满足，而且罚参数的选取

是一件很难把握的事，选取不当对结果影响很大，因此罚函数法不是一种好

的方案。