ansys中耦合的作用以及詳細(xì)解釋

2017-03-27 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

節(jié)點(diǎn)耦合可以模擬螺栓連接,他表示兩者并不是一體,但某一方向的運(yùn)動(dòng)是一致的

當(dāng)需要迫使兩個(gè)或多個(gè)自由度(DOFs)取行相同(介未知)值,可以將這些自由度耦合在一起。耦合自由度集包含一個(gè)主自由度和一個(gè)或多個(gè)其他自由度。耦合只將主自由度保存在分析的矩陣方程里,而將耦合集內(nèi)的其他自由度刪除。計(jì)算的主自由度值將分配到耦合集內(nèi)的所有其他自由度中支。耦合的用途主要有以下幾種:

●在兩重復(fù)節(jié)點(diǎn)間形成萬向節(jié)、鉸鏈、銷釘以及滑動(dòng)連接。其原理是僅僅耦合三個(gè)平動(dòng)自由度(ux,uy,uz)為鉸接,耦合三個(gè)平動(dòng)(ux,uy,uz)和兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)(如RotX,RotY)則等于釋放一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度為銷接,其他情形如此類推。

●耦合自由度用于施加循環(huán)對(duì)稱約束條件或重復(fù)循環(huán)對(duì)稱約束條件,保證截面始終保持原始形狀。例如在循環(huán)對(duì)稱模型中,將圓盤扇區(qū)模型的兩個(gè)對(duì)稱邊界上的對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn),在各個(gè)自由度上耦合;在鋸齒形模型的半齒形模型(重復(fù)循環(huán)對(duì)稱)中,需要將一側(cè)邊上所有節(jié)點(diǎn)的每個(gè)自由度進(jìn)行耦合處理。

●實(shí)現(xiàn)小位移條件下的無摩擦接觸面模型,僅僅耦合接觸面在垂直于接觸變面方向上的節(jié)點(diǎn)自由度,切線方向自由度不耦合

●如果將模型中局部區(qū)域內(nèi)的一部分節(jié)點(diǎn)都耦合起來,等于在該局部區(qū)域形成一個(gè)局部剛體(類似于約束方程中的剛性區(qū))。

Couple DOFs:耦合節(jié)點(diǎn)間的單個(gè)自由度,用該命令生成一個(gè)耦合節(jié)點(diǎn)集之后,通過執(zhí)行一個(gè)另外的耦合操作(保證用相同的參考編號(hào)集)將更多節(jié)點(diǎn)加到耦合集中來。也可用選擇邏輯來耦合所選節(jié)點(diǎn)的全部耦合。可用CP命令輸入負(fù)的節(jié)點(diǎn)號(hào)來刪除耦合集中的節(jié)點(diǎn)。要修改一耦合自由度集(即增、刪節(jié)點(diǎn)或改變自由度標(biāo)記)可用CPNGEN命令(不能由GUI直接得到CPNBGEN命令)。操作方法是:選擇該子菜單,彈出拾取節(jié)點(diǎn)對(duì)話框,用鼠標(biāo)選取參與耦合的節(jié)點(diǎn),至少兩個(gè)節(jié)點(diǎn)以上,單擊OK按鈕彈出圖所示定義耦合對(duì)話框,在Set reference number項(xiàng)輸入唯一的沒有占用的新耦合序列號(hào),在Degree-of-freedom label下拉列表中選中某個(gè)自由度或者ALL(表示所有自由度),然后單擊OK按鈕執(zhí)行耦合操作。用途是:主要用于耦合節(jié)點(diǎn)間的部分自由度,常見的情況是實(shí)現(xiàn)鉸接、銷接、萬向節(jié)等連接處理。

ANSYS的耦合命令

1 耦合

當(dāng)需要迫使兩個(gè)或多個(gè)自由度取得相同(但未知)值,可以將這些自由度耦合在一起。耦合自由度集包含一個(gè)主自由度和一個(gè)或多個(gè)其它自由度。

典型的耦合自由度應(yīng)用包括:

?模型部分包含對(duì)稱;
?在兩重復(fù)節(jié)點(diǎn)間形成銷釘、鉸鏈、萬向節(jié)和滑動(dòng)連接;
?迫使模型的一部分表現(xiàn)為剛體。

如何生成耦合自由度集

1.在給定節(jié)點(diǎn)處生成并修改耦合自由度集
命令:CP
GUI: Main Menu>Preprocessor>Coupling / Ceqn>Couple DOFs
在生成一個(gè)耦合節(jié)點(diǎn)集之后,通過執(zhí)行一個(gè)另外的耦合操作(保證用相同的參考編號(hào)集)將更多節(jié)點(diǎn)加到耦合集中來。也可用選擇邏輯來耦合所選節(jié)點(diǎn)的相應(yīng)自由度。用CP命令輸入負(fù)的節(jié)點(diǎn)號(hào)來刪除耦合集中的節(jié)點(diǎn)。要修改一耦合自由度集(即增、刪節(jié)點(diǎn)或改變自由度標(biāo)記)可用CPNGEN命令。(不能由GUI直接得到CPNBGEN命令)。

2.耦合重合節(jié)點(diǎn)。
CPINTF命令通過在每對(duì)重合節(jié)點(diǎn)上定義自由度標(biāo)記生成一耦合集而實(shí)現(xiàn)對(duì)模型中重合節(jié)點(diǎn)的耦合。此操作對(duì)“扣緊”幾對(duì)節(jié)點(diǎn)(諸如一條縫處)尤為有用。
命令:CPINTF
GUI: Main Menu>Preprocessor>Coupling / Ceqn>Coincident Nodes

3.除耦合重復(fù)節(jié)點(diǎn)外,還可用下列替換方法迫使節(jié)點(diǎn)有相同的表現(xiàn)方式:
o如果對(duì)重復(fù)節(jié)點(diǎn)所有自由度都要進(jìn)行耦合,常用NUMMRG命令(GUI:Main Menu>Preprocessor>Numbering Ctrls>Merge Items)合并節(jié)點(diǎn)。
o可用EINTF命令(GUI:Main Menu> Preprocessor>Create> Elements >At Coincid Nd)通在重復(fù)節(jié)點(diǎn)對(duì)之間生成2節(jié)點(diǎn)單元來連接它們。
o用CEINTF命令(GUI:Main Menu>Preprocessor> Coupling/Ceqn >Adjacent Regions)將兩個(gè)有不相似網(wǎng)格模式的區(qū)域連接起來。這項(xiàng)操作使一個(gè)區(qū)域的選定節(jié)點(diǎn)與另一個(gè)區(qū)域的選定單元連接起來生成約束方程。
生成更多的耦合集

一旦有了一個(gè)或多個(gè)耦合集,可用這些方法生成另外的耦合集:

1.用下列方法以相同的節(jié)點(diǎn)號(hào)但與已有模式集不同的自由度標(biāo)記生成新的耦合集。
命令:CPLGEN
GUI: Main Menu>Preprocessor>Coupling / Ceqn>Gen w/Same Nodes

2.用下列方法生成與已有耦合集不同(均勻增加的)節(jié)點(diǎn)編號(hào)但有相同的自由度標(biāo)記的新的耦合集:
命令:CPSGEN
GUI: Main Menu>Preprocessor>Coupling / Ceqn>Gen w/Same DOF

使用耦合注意事項(xiàng)
1.每個(gè)耦合的節(jié)點(diǎn)都在節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系下進(jìn)行耦合操作。通常應(yīng)當(dāng)保持節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系的一致性。
2.自由度是在一個(gè)集內(nèi)耦合而不是集之間的耦合。不允許一個(gè)自由度出現(xiàn)在多于一個(gè)耦合集中。
3.由D或共它約束命令指定的自由度值不能包括在耦合集中。
4.在減縮自由度分析中,如果主自由度要從耦合自由度集中選取,只有主節(jié)點(diǎn)的自由度才能被指定為主自由度。
5.在結(jié)構(gòu)分析中,耦合自由度以生成一剛體區(qū)域有時(shí)會(huì)引起明顯的平衡破壞。不重復(fù)的或不與耦合位移方向一致的一個(gè)耦合節(jié)點(diǎn)集會(huì)產(chǎn)生外加力矩但不出現(xiàn)在反力中。

2約束方程

約束方程提供了比耦合更通用的聯(lián)系自由度的方法。有如下形式:

ansys中耦合的作用以及詳細(xì)解釋ansys結(jié)構(gòu)分析圖片1

這里U(I)是自由度,N是方程中項(xiàng)的編號(hào)。
如何生成約束方程

1.直接生成約束方程
直接生成約束方程:
命令:CE
GUI: Main Menu>Preprocessor>Coupling / Ceqn>Constraint Eqn

下面為一個(gè)典型的約束方程應(yīng)用的例子,力矩的傳遞是由BEAM3單元與PLANE42單元(PLANE42單元無平面轉(zhuǎn)動(dòng)自由度)的連接來完成的:

ansys中耦合的作用以及詳細(xì)解釋ansys結(jié)構(gòu)分析圖片2

圖12-1建立旋轉(zhuǎn)和平移自由度的關(guān)系

如果不用約束方程則節(jié)點(diǎn)2處表現(xiàn)為一個(gè)鉸鏈。下述方法可在梁和平面應(yīng)力單元之間傳遞力矩,自由度之間滿足下面的約束方程:
ROTZ2 = (UY3 - UY1)/10
0 = UY3 - UY1 - 10*ROTZ2
相應(yīng)的ANSYS命令為:
CE,1,0,3,UY,1,1,UY,-1,2,ROTZ,-10

修改約束方程
在PREP7或SOLUTION中修改約束方程中的常數(shù)項(xiàng):
命令:CECMOD
GUI: Main Menu>Preprocessor>Coupling / Ceqn>Modify ConstrEqn
Main Menu>Preprocessor>Loads>Other>Modify ConstrEqn
Main Menu>Solution>Other>Modify ConstrEqn
如果要修改約束方程中的其它項(xiàng),必須在求解前在PREP7中用使CE命令(或相應(yīng)GUI途徑)。
2.自動(dòng)生成約束方程

生成剛性區(qū)域
CERIG命令通過寫約束方程定義一個(gè)剛性區(qū)域。通過連接一主節(jié)點(diǎn)到許多從節(jié)點(diǎn)來定義剛性區(qū)。(此操作中的主自由度與減縮自由度分析的主自由度是不同的)
命令:CERIG
GUI: Main Menu>Preprocessor>Coupling / Ceqn>Rigid Region

將CERIG命令的Ldof設(shè)置為ALL(缺省),此操作將為每對(duì)二維空間的約束節(jié)點(diǎn)生成三個(gè)方程。這三個(gè)方程在總體笛卡爾空間確定三個(gè)剛體運(yùn)動(dòng)(UX、UY、ROTZ)。為在二維模型上生成一個(gè)剛性區(qū)域,必須保證X─Y平面為剛性平面,并且在每個(gè)約束節(jié)點(diǎn)有UX、UY和ROTZ三個(gè)自由度。類似地,此操作也可在三維空間為每對(duì)約束節(jié)點(diǎn)生成六個(gè)方程,在每個(gè)約束節(jié)點(diǎn)上必須有(UX、UY、UZ、ROTX、ROY和ROTZ)六個(gè)自由度。

輸入其它標(biāo)記的Ldof域?qū)⒂胁煌淖饔?。如果此區(qū)域設(shè)置為UXYZ,程序在二維(X,Y)空間將寫兩個(gè)約束方程,而在三維空間(X、Y、Z)將寫三個(gè)約束方程。這些方程將寫成從節(jié)點(diǎn)的平移自由度和主節(jié)點(diǎn)的平移和轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。類似地,RXYZ標(biāo)記允許生成忽略從節(jié)點(diǎn)的平移自由度的部分方程。其它標(biāo)記的Ldof將生成其它類型的約束方程。
總之,從節(jié)點(diǎn)只需要由Ldof標(biāo)記的自由度,但主節(jié)點(diǎn)必須有所有的平移和轉(zhuǎn)動(dòng)自由度(即二維的UX、UY和ROTZ;三維的UX、UY、UZ、ROTX、ROTY、ROTZ)。對(duì)由沒有轉(zhuǎn)動(dòng)自由度單元組成的模型,應(yīng)當(dāng)考慮增加一個(gè)虛擬的梁單元以在主節(jié)點(diǎn)上提供旋轉(zhuǎn)自由度。

將疏密不同的已劃分網(wǎng)格區(qū)域連在一起
可將一個(gè)區(qū)域(網(wǎng)格較密)的已選節(jié)點(diǎn)與另一個(gè)區(qū)域(網(wǎng)格較稀)的已選單元用CEINTF命令(菜單途徑Main Menu>Preprocessor>Coupling / Ceqn>Adjacent Regions)連起來生成約束方程。

ansys中耦合的作用以及詳細(xì)解釋ansys結(jié)構(gòu)分析圖片3

這項(xiàng)操作將不相容網(wǎng)格形式的區(qū)域“系”在一起。在兩區(qū)域的交界處,從網(wǎng)格稠密的區(qū)域選擇節(jié)點(diǎn)A,從網(wǎng)格粗糙區(qū)域選擇單元B,用區(qū)域B單元的形函數(shù),在相關(guān)的區(qū)域A和B界面的節(jié)點(diǎn)處寫約束方程。ANSYS允許這些節(jié)點(diǎn)位置使用兩公差準(zhǔn)則。節(jié)點(diǎn)在單元之外超過第一公差就認(rèn)為節(jié)點(diǎn)不在界面上。節(jié)點(diǎn)貼近單元表面的距離小于第二公差則將節(jié)點(diǎn)移到表面上,見下圖。

ansys中耦合的作用以及詳細(xì)解釋ansys結(jié)構(gòu)分析圖片4

對(duì)CEINTF命令有些限制:應(yīng)力或熱通量可能會(huì)不連續(xù)地穿過界面。界面區(qū)域的節(jié)點(diǎn)不能指定位移?？捎妹抗?jié)點(diǎn)有六個(gè)自由度的單元接合6自由度實(shí)體。

從已有約束方程集生成約束方程集可用CESGEN命令從已有約束方程集生成約束方程。那么已有約束方程集內(nèi)的節(jié)點(diǎn)編號(hào)將增加以生成另外的約束方程集。另外約束方程集的標(biāo)記和系數(shù)保持與原集的一致。
命令:CESGEN
GUI: Main Menu>Preprocessor>Coupling / Ceqn >Gen w/same DOF
使用約束方程的注意事項(xiàng)
所有的約束方程都以小轉(zhuǎn)動(dòng)理論為基礎(chǔ)。因此,它應(yīng)用在大轉(zhuǎn)動(dòng)分析中〔NLGEOM〕應(yīng)當(dāng)限制在約束方程所包含的自由度方向無重大變化的情況。
約束方程的出現(xiàn)將產(chǎn)生不可預(yù)料的反力和節(jié)點(diǎn)力結(jié)果。
由于相鄰區(qū)域網(wǎng)格疏密不同,邊界上的相容性仍然存在。但是當(dāng)網(wǎng)格越密,這種不相容的危害就越小。