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ANSYS梁單元與實體單元的耦合與約束方程
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ANSYS梁單元與實體單元的耦合與約束方程 1 概述 在ANSYS計算過程中，有時候會遇到不同單元之間進行連接，由于不同的單元自由度不同，連接時通常需要通過耦合和約束方程建立節(jié)點自由度的關(guān)系，保證結(jié)果的準確性。 耦合可以理解成是將耦合的對象某個自由度作相等處理，而約束方程則不局限于相等這個關(guān)系，其可以描述具有某種關(guān)系的自由度。如圖1所示，為梁單元與平面單元的連接。如果不采用約束方程，力矩的傳遞無法完成，因為平面單元沒有轉(zhuǎn)動自由度。 圖1 梁單元與平面單元連接 為使節(jié)點2具有力矩傳遞的能力，要求1、2、3節(jié)點之間的自由度滿足以下關(guān)系： ROTZ2 = (UY3 - UY1)/10 再通過CE命令，即可將此關(guān)系通過約束方程的形式施加給1、2、3節(jié)點。 2 命令 查看ANSYS的幫助文檔，查詢CE命令的解釋，如圖2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，表示第幾個約束方程； CONST表示方程的常數(shù)項，一般為0； NODE1，表示第一個節(jié)點； Lab1，表示自由度標簽，對于結(jié)構(gòu)而言，就是三個平移和三個轉(zhuǎn)動自由度； C1，表示該自由度的系數(shù)； 同理，后面的也一樣。 對于方程ROTZ2 = (UY3 - UY1)/10 稍作變形，0 = UY3 - UY1 - 10*ROTZ2 由此式即可直接寫出對應(yīng)的ANSYS命令流： CE,1,0,3,UY,1,1,UY,-1,2,ROTZ,-10 3 模型 本次為梁單元與實體單元的連接，建立模型，如圖3所示，梁單元與實體單元有一個節(jié)點位置重合，為使位移和力矩能夠傳遞，需要耦合兩個節(jié)點的三個平移自由度，同時還需要用約束方程限制梁的三個轉(zhuǎn)動自由度。 圖3 梁單元與實體單元 4 約束方程 節(jié)點自由度耦合比較好操作，采用CP命令，重合位置處的兩個節(jié)點分別為節(jié)點1（梁）和節(jié)點21（實體），自由度耦合如下： CP,1,UX,1,21 !耦合節(jié)點1和節(jié)點21X方向自由度 CP,2,UY,1,21 !耦合節(jié)點1和節(jié)點21Y方向自由度 CP,3,UZ,1,21 !耦合節(jié)點1和節(jié)點21Z方向自由度 為約束轉(zhuǎn)動自由度，由CE的參數(shù)項可知，需要先寫出轉(zhuǎn)動約束方程，對照圖4分別寫出三個轉(zhuǎn)動自由度的約束方程，圖4中紅圈的四個節(jié)點分布在中心節(jié)點周圍，將這幾個節(jié)點進行約束即可限制梁單元和實體單元的轉(zhuǎn)動自由度，自由度方程如下： 圖4 節(jié)點分布 ROTY(1)=(UX(626)-UX(2328))/ABS(NZ(626)-NZ(2328)) !Y軸轉(zhuǎn)動 ROTZ(1)=(UX(67)-UX(4283))/ABS(NY(67)-NY(4283)) !Z軸轉(zhuǎn)動 ROTX(1)=(UZ(67)-UZ(4283))/ABS(NY(67)-NY(4283)) !X軸轉(zhuǎn)動 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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