混合装配体的独特连接关系

1.梁和壳之间的连接

梁和壳之间的连接可分为梁与壳相重合（即梁和壳相平行）的情况和梁与壳不相重合（即梁和壳呈一个角度相交叉）的情况。在图3-59a中，飞机的仓板和横向布置的补强用的梁是重合在一起的，而竖直方向的柱子（梁单元）则与仓板不重合，两者互相垂直。

不管哪一种情况，梁和壳的连接主要是用节点重合来实现的。在网格划分时，可以用节点自动捕捉的功能来做。

2.梁和实体之间的连接

梁和实体之间的连接很少用梁单元的节点和实体单元节点相重合的方法来实现。比较常见的情况是梁和实体的一部分（如实体的面或边）相连接。此种情形下，梁和实体单元一般相隔一定的距离。这是因为，实际的物体简化成一维的梁后，势必与周围的实体有一定的间隙。因此，常用的方法是利用距离连接，把梁的顶点和实体的一部分（实体的面或边）定义成一般分析连接关系，再用用户定义连接特性赋予各种需要的连接特性。图3-60表示的是一个摩托车车架试验时的情形，用来试验加载的中心轴被简化成梁，而轴的顶点和套轴的端面之间用刚性梁或光滑单元相连接。

图3-60 梁和实体单元之间的连接

3.壳和实体之间的连接

壳和实体之间的连接有协调的和非协调的两种方式。协调的连接方式基本上是用共有节点的手法。而非协调的连接方式并不需要壳和实体的网格节点在连接处享有相同的位置，而是用连接单元将壳和实体的网格相连，并保证两者的位移相连续。

先来说明协调的连接方式的做法。曲面和实体的几何形状有一部分相重合时，只要将相重合部分的壳体网格和实体网格的节点相共有，就可以认为壳体和实体部件是在相重合部分粘接在一起的（见图3-61）。如果是要定义接触，则与两个实体面之间的定义并无二致。

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图3-61 壳和实体之间的连接：相协调的方式

图3-62 壳和实体之间的连接：注意点

如果曲面和实体的几何形状没有面相重合，如图3-62中壳体和实体只有一条边相重合的情况，不可以只将相重合边处的壳体和实体单元的节点相共有来连接。原因是，如第二篇中所叙，壳单元在每个节点处有5个自由度（总共有6个自由度，其中法线方向的位移是要被约束掉的，所以是5个自由度），而实体单元的每个节点有3个并行位移自由度。只将一列边上的节点相共有，并不能把壳体的转动自由度传到实体上去。但是，图3-61中的壳体和实体有面重合的情况则不同，只要壳体和实体的节点相重合，就可以将壳体的转动自由度传到实体上去。

因此，在协调连接这样的壳和实体时，可专门将壳体的面延伸到实体的内部，以便采用壳体面和实体面之间的节点重合的方法。当然，延伸出来的壳体是原来实际情况下不存在的，所以在定义板厚时，这一部分需要定义很小的数值。

非协调的连接方式的做法较简单。如果考虑粘接，对上面的两种情形，只要使用面和面的固定连接特性、壳体边和实体面之间的固定连接特性即可（见图3-63）。但是，从计算的角度来看，使用可连接单元产生了约束方程式，使得刚度矩阵的对称性和稀疏性遭到破坏，随之而来的是计算成本增大。但是，如果不是特别大规模的问题，在计算机技术发达的今天并不会成为大的障碍。

图3-63 壳和实体之间的连接：不相协调的方式

是否使用协调或非协调的连接方式，视个人喜好而定，本质上对结果没有太大的影响。