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1、第三章第三章耦合和约束方程耦合和约束方程2024/9/211约束耦合方程课件培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV(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自由度之间的联系ModuleObjective第一讲第一讲 耦合耦合3-1. 定义耦合设置定义耦合设置3-2. 说明耦合的三种普遍应用说明耦合的三种普遍应用.3-3. 采用采用3种不同的方法建立耦合关系种不同的方法建立耦合关系.第二讲第二讲
2、约束方程约束方程3-4. 定义定义“约束方程约束方程”3-5. 说明约束方程的四种普遍应用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采用四种不同的方法生成约束方程.LessonObjectives第三章第三章第三章第三章 目标目标目标目标 2024/9/212约束耦合方程课件培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV(001129)第一讲第一讲耦耦 合合2024/9/213约束耦合方程课件培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV(001129)耦合设置耦合设置耦合设置耦合设置Objective3-1.定义定义“耦合设置耦合设置”一一个个耦耦合合设设置置是是一一组组被被
3、约约束束在在一一起起，有有着着相相同同大大小小，但但值值未知的自由度未知的自由度耦合设置的特点：耦合设置的特点：只有一个自由度卷标如：只有一个自由度卷标如：ux,uy或或temp可含有任意节点数可含有任意节点数任任意意实实际际的的自自由由度度方方向向ux在在不不同同的的节节点点上上可可能能是是不不同同的的主、从自由度的概念主、从自由度的概念加在主自由度上的载荷加在主自由度上的载荷Definition4约束耦合方程课件培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV(001129)耦合的一般应用耦合的一般应用耦合的一般应用耦合的一般应用1.施加对称性条件：施加对称性条件：耦合自由度常被用来实施移动或循
4、环对称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结构可用下面右图结构可用下面右图所示的所示的2D轴对称模型表示轴对称模型表示.xyxy123451112131415由由于于结结构构的的对对称称性性，上上面面的的一一排排结结点点在在轴轴向向上的位移应该相同上的位移应该相同Objective3-2.说明耦合的三种一般性应用说明耦合的三种一般性应用.5约束耦合方程课件培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV(001129)耦合的一般性应用（续）耦合的一般性应用（续）耦合的一般性应用（续）耦合的一般性应用（续）2.
5、无摩擦的界面无摩擦的界面 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:表面保持接触表面保持接触, 此分析是几何线性的（小变形）此分析是几何线性的（小变形）忽略摩擦忽略摩擦在两个界面上，节点是一一对应的在两个界面上，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通过仅耦合垂直于接触面的移动来模拟接触. 优点优点:分析仍然是线性的分析仍然是线性的无间隙收敛性问题无间隙收敛性问题6约束耦合方程课件培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV(001129)3.铰接铰接耦耦合可用来模拟力耦松合可用来模拟力耦松弛松，例如铰链、无摩弛松，例如铰链、
6、无摩擦滑动器、万向节擦滑动器、万向节耦合的一般性应用（续）耦合的一般性应用（续）耦合的一般性应用（续）耦合的一般性应用（续）考虑一个考虑一个2D的梁模型，每个节点上有三个的梁模型，每个节点上有三个自由度自由度ux、uy和和rotz，A点为一铰链连接。点为一铰链连接。将同一位置节点的自由度将同一位置节点的自由度ux、uy耦合起来。耦合起来。12A节点节点1和节点和节点2处于同一位置，处于同一位置，但为于清楚起但为于清楚起见，在图上分见，在图上分开显示。开显示。.为了模拟铰接，将同一位置两个节点为了模拟铰接，将同一位置两个节点的移动自由度耦合起来，而不耦合转的移动自由度耦合起来，而不耦合转动自由度
7、动自由度7约束耦合方程课件培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV(001129)耦合的一般性应用（续）耦合的一般性应用（续）耦合的一般性应用（续）耦合的一般性应用（续）在循环对称切面上的对应位置实在循环对称切面上的对应位置实施自由度耦合。施自由度耦合。用耦合施加循环对称性用耦合施加循环对称性8约束耦合方程课件培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV(001129)建立耦合关系建立耦合关系建立耦合关系建立耦合关系Objective3-3.通过三种不同的办法建立耦合关系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进入人为地创建耦合关系的菜单路径:Main Menu: Pre
8、processor Coupling / Ceqn Couple DOFsProcedure1. .2. .3. . 2. 单击单击OK1. 拾取将要耦合的结点拾取将要耦合的结点3. 输入耦合设置参考输入耦合设置参考号，选择自由度卷号，选择自由度卷标标.4. 单击单击OK.9约束耦合方程课件培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV(001129)建立耦合关系（续建立耦合关系（续建立耦合关系（续建立耦合关系（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
9、NodesProcedure1. .2. .3. . 3. 单击单击OK1. 输入现存耦合输入现存耦合设置的参考号设置的参考号.2. 对每个设置对每个设置指定指定新的自由度卷标新的自由度卷标.10约束耦合方程课件培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV(001129)建立耦合关系（续）建立耦合关系（续）建立耦合关系（续）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在同一位置的节点之间自动生成耦合关系:Main Menu: Preprocessor Coupling / Ceqn Coincident NodesProcedure1. .2. .3. . 1. 指定自由度卷标指定自由
10、度卷标.2. 指定节点位置的指定节点位置的容差容差3. 单击单击OK11约束耦合方程课件培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV(001129)练习练习练习练习用耦合关系来模拟接触用耦合关系来模拟接触用耦合关系来模拟接触用耦合关系来模拟接触在此练习中，将用耦合在此练习中，将用耦合/约束选项在两部分间产约束选项在两部分间产生耦合生耦合DOF设置来模拟设置来模拟接触问题接触问题1.恢复数据库恢复数据库cpnorm.db1，并在并在图形窗口中画单元图形窗口中画单元.2.在重合节点的所有节点对上建在重合节点的所有节点对上建立立UY耦合关系耦合关系a.选择耦合重合的结点选择耦合重合的结点.b.拾取拾取
11、UY3.求解并进行后处理求解并进行后处理12约束耦合方程课件培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV(001129)练习练习练习练习 耦合循环对称边界耦合循环对称边界耦合循环对称边界耦合循环对称边界Exercise1.以作业名以作业名“cprot”进入进入ANSYS2.恢复数据库文件恢复数据库文件“cprot.db1”并在图形并在图形窗口中画单元窗口中画单元.3.在总体柱坐标系下，生成具有在总体柱坐标系下，生成具有Y的增量为的增量为30的节点复制件的节点复制件.a. 将当前坐标系变为总体柱坐标系将当前坐标系变为总体柱坐标系.b. 在当前坐标系中，以在当前坐标系中，以Y30的增量拷贝所的增量拷
12、贝所有的结点有的结点.4.在同一位置的节点上生成适当的耦合关系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.不选择附在单元上的节点不选择附在单元上的节点.a. 选择选择entity,node attached to.b. 选择选择unselect，并单击并单击apply.6.将新节点拷贝回原始位置将新节点拷贝回原始位置(DY=-30, INC=0).在此练习中，由生成耦合在此练习中，由生成耦合DOF设置来模拟设置来模拟有循环对称性的模型的接触问题有循环对称性的模型的接触问题 13
13、约束耦合方程课件培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV(001129)练习练习练习练习 耦合循环对称边界（续）耦合循环对称边界（续）耦合循环对称边界（续）耦合循环对称边界（续）a. 以以Y30的增量拷贝所有节点的增量拷贝所有节点.b. 对节点号增量输入对节点号增量输入0.7.选择选择everythry8.对所有处于同一位置的节点进行对所有处于同一位置的节点进行merge操作操作 a. Numbering controls Merge items.b. 关掉警告信息关掉警告信息.9.将所有的节点坐标系转到总体柱坐标系将所有的节点坐标系转到总体柱坐标系a. Main Menu: Preproc
14、essor -Modeling- Move/Modify Rotate node CS to active CS.b. 拾取拾取all10.求解并进行后处理求解并进行后处理.14约束耦合方程课件培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV(001129)第二讲第二讲 约束方程约束方程2024/9/2115约束耦合方程课件培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV(001129)约束方程约束方程约束方程约束方程Objective3-4.定义定义“约束方程约束方程”约束方程定义节点自由度之间的线性关系约束方程定义节点自由度之间的线性关系约束方程的特点约束方程的特点自由度卷标的任意组合自由度卷标的任意
15、组合.任意节点号任意节点号.任意实际的自由度方向任意实际的自由度方向在不同的节点上在不同的节点上ux可能不同可能不同.例例Constant = Coef1 * DOF1 + Coef2 * DOF2 + .Definition16约束耦合方程课件培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV(001129)约束方程的应用约束方程的应用约束方程的应用约束方程的应用1.连接不同的网格连接不同的网格:实体与实体的界面实体与实体的界面2D或或3D相同或相似的单元类型相同或相似的单元类型单元面在同一表面上，但结点单元面在同一表面上，但结点 位置不重合位置不重合Objective3-5.35说明约束方程的四种
16、应用说明约束方程的四种应用.17约束耦合方程课件培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV(001129)约束方程的应用（续）约束方程的应用（续）约束方程的应用（续）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连接不相似的单元类型:壳与实体壳与实体垂直于壳或实体的梁垂直于壳或实体的梁.18约束耦合方程课件培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV(001129)3. 建立刚性区建立刚性区在某些特殊情况下，全刚在某些特殊情况下，全刚性区给出了约束方程的另性区给出了约束方程的另一种应用一种应用全刚性区和部分刚性区的全刚性区和部
17、分刚性区的约束方程都可由程序自动约束方程都可由程序自动生成生成约束方程的应用（续）约束方程的应用（续）约束方程的应用（续）约束方程的应用（续）19约束耦合方程课件培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV(001129)4.过盈装配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典型方程:0.01 = UX (node 51) - UX (node 251)约束方程的应用（续）约束方程的应用（续）约束方程的应用（续）约束方程的应用（续）20约束耦合方程课件培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV(001129)建立约束方程的
18、过程建立约束方程的过程建立约束方程的过程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人工建立约束方程的菜单路径：Main Menu: Preprocessor Coupling / Ceqn Constraint EqnProcedure1. .2. .3. . 2. 单击单击OK.1. 输入常数项，输入常数项，节点号，自由节点号，自由度卷标和方程度卷标和方程系数系数.21约束耦合方程课件培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV(001129)建立约束方程的过程（续）建立约束方程的过程（续）建立约束方程的
19、过程（续）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：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生成其余的约束方程: Main Menu: Preprocessor Coupling/Ceqn Gen w/Same DOF.Procedure1. .2. .3. . 生成的约束方生成的约束方程数程数.现存约束方现存约束方程中的节点程中的节点增量增量3.选择选择 OK生成的约束方生成的约束方程的起始序号，程的
20、起始序号，终止序号和增终止序号和增量量22约束耦合方程课件培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV(001129)建立约束方程的过程（续）建立约束方程的过程（续）建立约束方程的过程（续）建立约束方程的过程（续）通过通过“刚性区刚性区”来建立约束方程来建立约束方程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.选择将要使用的选择将要使用的刚性区的类型刚性区的类型（自由度设置）（自由度设置）2.单击单击OK23约束耦合方程课
21、件培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV(001129)建立约束方程的过程（续）建立约束方程的过程（续）建立约束方程的过程（续）建立约束方程的过程（续）在相邻的区域生成约束方程：在相邻的区域生成约束方程：1. 从网格较密的区域中选择节点从网格较密的区域中选择节点2. 从网格较稀的区域中选择单元从网格较稀的区域中选择单元.Main Menu: Preprocessor Coupling / Ceqn Adjacent RegionsProcedure1. .2. .3. . 3.指定容差，此容指定容差，此容差作为单元区域差作为单元区域中最小单元长度中最小单元长度的比率的比率.5.单击单击OK
22、4.在约束方程中在约束方程中将要使用的自将要使用的自由度由度24约束耦合方程课件培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV(001129)练习练习练习练习在蜗轮叶片上建立约束方程在蜗轮叶片上建立约束方程在蜗轮叶片上建立约束方程在蜗轮叶片上建立约束方程Exercise在此练习中，将使用约束方程在此练习中，将使用约束方程将具有不同单元类型和不同网将具有不同单元类型和不同网格的两部分连接起来。这两部格的两部分连接起来。这两部分分别是涡轮叶片段及叶片连分分别是涡轮叶片段及叶片连接的基座接的基座1.恢复数据库文件（恢复数据库文件（eblade.db1）并在图形窗口中显示单元并在图形窗口中显示单元.2.选择基座上的单元（选择基座上的单元（mat2）3.选择叶片底面上的节点选择叶片底面上的节点a.首先，首先，unselect附在底座单元附在底座单元上的节点（接第上的节点（接第2步）步）4.在所选的相邻区域生成约束在所选的相邻区域生成约束方程方程.5.选择选择everything6.求解并进行后处理求解并进行后处理.BaseBladeb.然后，在然后，在位置位置Z0处处reselect节点节点25约束耦合方程课件培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV(001129)
