约束和耦合方程

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1、September 30, 1998M3-1Introduction to ANSYS Part 2 - Release 5.5 (001129)第三章耦合和约束方程深圳ABAQUS培训 September 30, 1998M3-2Introduction to ANSYS Part 2 - Release 5.5 (001129)在完成此章的学习之后，给出一个已经划分好网格的模型的 数据库文件，我们应该能够使用耦合或约束方程来建立节点 自由度之间的联系Module Objective第一讲 耦合3-1.定义耦合设置3-2.说明耦合的三种普遍应用.3-3.采用3种不同的方法建立耦合关系.第二讲

2、 约束方程 3-4.定义“约束方程”3-5.说明约束方程的四种普遍应用3-6.采用四种不同的方法生成约束方程.Lesson Objectives第三章 目标 September 30, 1998M3-3Introduction to ANSYS Part 2 - Release 5.5 (001129)第一讲耦 合September 30, 1998M3-4Introduction to ANSYS Part 2 - Release 5.5 (001129)耦合设置Objective3-1.定义“耦合设置”一个耦合设置是一组被约束在一起，有着相同大小，但值 未知的自由度耦合设置的特点： 只有一

3、个自由度卷标如：ux,uy或temp可含有任意节点数 任意实际的自由度方向ux在不同的节点上可能是不同 的 主、从自由度的概念 加在主自由度上的载荷DefinitionSeptember 30, 1998M3-5Introduction to ANSYS Part 2 - Release 5.5 (001129)耦合的一般应用1.施加对称性条件： 耦合自由度常被用来实施移动或循环对称条件. 考虑在均匀轴向压力下的空心长圆柱体，此3D结构可用下面右图 所示的2D轴对称模型表示.xyxy123451112131415由于结构的对称性，上面的一排结点在轴向 上的位移应该相同Objective3-2.

4、说明耦合的三种一般性应用.September 30, 1998M3-6Introduction to ANSYS Part 2 - Release 5.5 (001129)耦合的一般性应用（续）2. 无摩擦的界面 如果满足下列条件，则可用耦合自由度来模拟接触面: 表面保持接触, 此分析是几何线性的（小变形） 忽略摩擦 在两个界面上，节点是一一对应的.通过仅耦合垂直于接触面的移动来模拟接触. 优点: 分析仍然是线性的 无间隙收敛性问题September 30, 1998M3-7Introduction to ANSYS Part 2 - Release 5.5 (001129)3.铰接耦合可用来

5、模拟力耦松 弛松，例如铰链、无摩 擦滑动器、万向节耦合的一般性应用（续）考虑一个2D的梁模型，每个节点上有三个 自由度ux、uy和rotz，A点为一铰链连接。 将同一位置节点的自由度ux、uy耦合起来 。12 A节点1和节点2 处于同一位置 ，但为于清楚 起见，在图上 分开显示。.为了模拟铰接，将同一位置两个节点 的移动自由度耦合起来，而不耦合转 动自由度September 30, 1998M3-8Introduction to ANSYS Part 2 - Release 5.5 (001129)耦合的一般性应用（续）在循环对称切面上的对应位置实 施自由度耦合。用耦合施加循环对称性Septe

6、mber 30, 1998M3-9Introduction to ANSYS Part 2 - Release 5.5 (001129)建立耦合关系Objective3-3.通过三种不同的办法建立耦合关系进入人为地创建耦合关系的菜单路径:Main Menu: Preprocessor Coupling / Ceqn Couple DOFsProcedure1. . 2. .3. . 2. 单击OK1. 拾取将要耦合的结点3. 输入耦合设置参考 号，选择自由度卷 标.4. 单击OK.September 30, 1998M3-10Introduction to ANSYS Part 2 - Rel

7、ease 5.5 (001129)建立耦合关系（续）在零偏移量的一组节点之间生成附加耦合关系:Main Menu: Preprocessor Coupling / Ceqn Gen w/Same NodesProcedure1. . 2. .3. . 3. 单击OK1. 输入现存耦合 设置的参考号.2. 对每个设置指定 新的自由度卷标 .September 30, 1998M3-11Introduction to ANSYS Part 2 - Release 5.5 (001129)建立耦合关系（续）在同一位置的节点之间自动生成耦合关系:Main Menu: Preprocessor Coup

8、ling / Ceqn Coincident NodesProcedure1. . 2. .3. . 1. 指定自由度卷标.2. 指定节点位置的 容差3. 单击OKSeptember 30, 1998M3-12Introduction to ANSYS Part 2 - Release 5.5 (001129)练习用耦合关系来模拟接触在此练习中，将用耦合/ 约束选项在两部分间产 生耦合DOF设置来模拟 接触问题1.恢复数据库cpnorm.db1，并在 图形窗口中画单元.2.在重合节点的所有节点对上建 立UY耦合关系a.选择耦合重合的结点. b.拾取UY3.求解并进行后处理September 3

9、0, 1998M3-13Introduction to ANSYS Part 2 - Release 5.5 (001129)练习 耦合循环对称边界Exercise1.以作业名“cprot”进入ANSYS2.恢复数据库文件“cprot.db1”并在图形窗口 中画单元. 3.在总体柱坐标系下，生成具有Y的增量为 30的节点复制件. a. 将当前坐标系变为总体柱坐标系. b. 在当前坐标系中，以Y30的增量拷贝所 有的结点.4.在同一位置的节点上生成适当的耦合关系. a. Choose couple coincident nodes. b. Choose All Appropriate. 5.不选

10、择附在单元上的节点. a. 选择entity,node attached to. b. 选择unselect，并单击apply.6.将新节点拷贝回原始位置 (DY=-30, INC=0).在此练习中，由生成耦合DOF设置来模拟 有循环对称性的模型的接触问题 September 30, 1998M3-14Introduction to ANSYS Part 2 - Release 5.5 (001129)练习 耦合循环对称边界（续）a. 以Y30的增量拷贝所有节点. b. 对节点号增量输入0. 7.选择everythry8.对所有处于同一位置的节点进行merge操作a. Numbering co

11、ntrols Merge items. b. 关掉警告信息.9.将所有的节点坐标系转到总体柱坐标系 a. Main Menu: Preprocessor -Modeling- Move/Modify Rotate node CS to active CS. b. 拾取all 10.求解并进行后处理.September 30, 1998M3-15Introduction to ANSYS Part 2 - Release 5.5 (001129)第二讲 约束方程September 30, 1998M3-16Introduction to ANSYS Part 2 - Release 5.5 (0

12、01129)约束方程Objective3-4.定义“约束方程”约束方程定义节点自由度之间的线性关系约束方程的特点 自由度卷标的任意组合. 任意节点号. 任意实际的自由度方向在不同的节点上ux可能不同 .例 Constant = Coef1 * DOF1 + Coef2 * DOF2 + .DefinitionSeptember 30, 1998M3-17Introduction to ANSYS Part 2 - Release 5.5 (001129)约束方程的应用1.连接不同的网格: 实体与实体的界面 2D或3D 相同或相似的单元类型 单元面在同一表面上，但结点位置不重合Objective

13、3-5.35说明约束方程的四种应用.September 30, 1998M3-18Introduction to ANSYS Part 2 - Release 5.5 (001129)约束方程的应用（续）建立转动自由度和移动自由度之间的关系2.连接不相似的单元类型:壳与实体垂直于壳或实体的梁.September 30, 1998M3-19Introduction to ANSYS Part 2 - Release 5.5 (001129)3. 建立刚性区 在某些特殊情况下，全刚 性区给出了约束方程的另 一种应用 全刚性区和部分刚性区的 约束方程都可由程序自动 生成约束方程的应用（续）Septe

14、mber 30, 1998M3-20Introduction to ANSYS Part 2 - Release 5.5 (001129)4.过盈装配 与接触耦合相似，但在两个界面之间允许有过盈量或穿透 典型方程: 0.01 = UX (node 51) - UX (node 251)约束方程的应用（续）September 30, 1998M3-21Introduction to ANSYS Part 2 - Release 5.5 (001129)建立约束方程的过程Objective3-6.采用四种不同的方法建立约束方程.人工建立约束方程的菜单路径： Main Menu: Preproces

15、sor Coupling / Ceqn Constraint EqnProcedure1. . 2. .3. . 2. 单击OK.1. 输入常数项， 节点号，自由 度卷标和方程 系数.September 30, 1998M3-22Introduction to ANSYS Part 2 - Release 5.5 (001129)建立约束方程的过程（续）以现有的约束方程为基础生成约束方程：1. 生成第一个约束方程: Main Menu: Preprocessor Coupling / Ceqn Constraint Eqn.2. 生成其余的约束方程: Main Menu: Preprocess

16、or Coupling/Ceqn Gen w/Same DOF.Procedure1. . 2. .3. . 生成的约束方 程数.现存约束方 程中的节点 增量3.选择 OK生成的约束方 程的起始序号 ，终止序号和 增量September 30, 1998M3-23Introduction to ANSYS Part 2 - Release 5.5 (001129)建立约束方程的过程（续）通过“刚性区”来建立约束方程Main Menu: Preprocessor Coupling / Ceqn Rigid Region 拾取将要连在一起的结点，然后单击OKProcedure1. . 2. .3. . 1.选择将要使用的 刚性区的类型（ 自由度设置）2.单击OKSeptember 30, 1998M3-24Introduction to ANSYS Part 2 - Release 5.5 (001129)建立约束方程的过程（续）在相邻的区域生成约束方程： 1