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小左兒

銀蟲(chóng) (正式寫(xiě)手)

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[交流] ANSYS梁?jiǎn)卧c實(shí)體單元的耦合與約束方程

ANSYS梁?jiǎn)卧c實(shí)體單元的耦合與約束方程
1 概述
在ANSYS計(jì)算過(guò)程中，有時(shí)候會(huì)遇到不同單元之間進(jìn)行連接，由于不同的單元自由度不同，連接時(shí)通常需要通過(guò)耦合和約束方程建立節(jié)點(diǎn)自由度的關(guān)系，保證結(jié)果的準(zhǔn)確性。
耦合可以理解成是將耦合的對(duì)象某個(gè)自由度作相等處理，而約束方程則不局限于相等這個(gè)關(guān)系，其可以描述具有某種關(guān)系的自由度。如圖1所示，為梁?jiǎn)卧c平面單元的連接。如果不采用約束方程，力矩的傳遞無(wú)法完成，因?yàn)槠矫鎲卧獩](méi)有轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。

圖1 梁?jiǎn)卧c平面單元連接
為使節(jié)點(diǎn)2具有力矩傳遞的能力，要求1、2、3節(jié)點(diǎn)之間的自由度滿(mǎn)足以下關(guān)系：
ROTZ2 = (UY3 - UY1)/10
再通過(guò)CE命令，即可將此關(guān)系通過(guò)約束方程的形式施加給1、2、3節(jié)點(diǎn)。
2 命令
查看ANSYS的幫助文檔，查詢(xún)CE命令的解釋?zhuān)鐖D2所示。

圖2 ANSYS的CE命令解釋
CE, NEQN, CONST, NODE1, Lab1, C1, NODE2, Lab2, C2, NODE3, Lab3, C3
其中，NEQT表示常數(shù)，用于區(qū)別約束方程，一般可以用數(shù)字1、2、3表示即可，表示第幾個(gè)約束方程；
CONST表示方程的常數(shù)項(xiàng)，一般為0；
NODE1，表示第一個(gè)節(jié)點(diǎn)；
Lab1，表示自由度標(biāo)簽，對(duì)于結(jié)構(gòu)而言，就是三個(gè)平移和三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度；
C1，表示該自由度的系數(shù)；
同理，后面的也一樣。
對(duì)于方程ROTZ2 = (UY3 - UY1)/10
稍作變形，0 = UY3 - UY1 - 10*ROTZ2
由此式即可直接寫(xiě)出對(duì)應(yīng)的ANSYS命令流：
CE,1,0,3,UY,1,1,UY,-1,2,ROTZ,-10
3 模型
本次為梁?jiǎn)卧c實(shí)體單元的連接，建立模型，如圖3所示，梁?jiǎn)卧c實(shí)體單元有一個(gè)節(jié)點(diǎn)位置重合，為使位移和力矩能夠傳遞，需要耦合兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的三個(gè)平移自由度，同時(shí)還需要用約束方程限制梁的三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。

圖3 梁?jiǎn)卧c實(shí)體單元
4 約束方程
節(jié)點(diǎn)自由度耦合比較好操作，采用CP命令，重合位置處的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)分別為節(jié)點(diǎn)1（梁）和節(jié)點(diǎn)21（實(shí)體），自由度耦合如下：
CP,1,UX,1,21    !耦合節(jié)點(diǎn)1和節(jié)點(diǎn)21X方向自由度
CP,2,UY,1,21    !耦合節(jié)點(diǎn)1和節(jié)點(diǎn)21Y方向自由度
CP,3,UZ,1,21    !耦合節(jié)點(diǎn)1和節(jié)點(diǎn)21Z方向自由度
為約束轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，由CE的參數(shù)項(xiàng)可知，需要先寫(xiě)出轉(zhuǎn)動(dòng)約束方程，對(duì)照?qǐng)D4分別寫(xiě)出三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的約束方程，圖4中紅圈的四個(gè)節(jié)點(diǎn)分布在中心節(jié)點(diǎn)周?chē)�，將這幾個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行約束即可限制梁?jiǎn)卧蛯?shí)體單元的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，自由度方程如下：

圖4 節(jié)點(diǎn)分布
ROTY(1)=(UX(626)-UX(2328))/ABS(NZ(626)-NZ(2328)) !Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)
ROTZ(1)=(UX(67)-UX(4283))/ABS(NY(67)-NY(4283))    !Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)
ROTX(1)=(UZ(67)-UZ(4283))/ABS(NY(67)-NY(4283))    !X軸轉(zhuǎn)動(dòng)
稍作變換如下：
0=(UX(626)-UX(2328))- ROTY(1)*ABS(NZ(626)-NZ(2328))
0=(UX(67)-UX(4283))- ROTZ(1)* ABS(NY(67)-NY(4283))
0=(UZ(67)-UZ(4283))- ROTX(1)* ABS(NY(67)-NY(4283))
對(duì)應(yīng)的CE命令為：
CE,1,0,626,UX,1,2328,UX,-1,1,ROTY,-ABS(NZ(626)-NZ(2328)) CE,2,0,67,UX,1,4283,UX,-1,1,ROTZ,-ABS(NY(67)-NY(4283))  CE,3,0,67,UZ,1,4283,UZ,-1,1,ROTX,-ABS(NY(67)-NY(4283))
施加完成后如圖5所示。

圖5 施加耦合、約束方程之后

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1樓 2016-03-26 10:26:01

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機(jī)械508

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5樓2016-08-23 17:07:44

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李晨奇

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3樓2016-04-02 08:32:52

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4樓2016-04-02 09:25:32

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6樓2016-11-03 22:18:48

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