ANSYS中不同单元之间的连接问题

ANSYS各类型单元连接专题讲解（一）之连接总则一直以来，有不少同学咨询水哥关于ANSYS中杆单元、梁单元、壳单元、实体单元的连接问题。

之所以要用到各单元的连接，主要是由于我们在实际项目中，常常需要各种单元组合模拟，例如框架结构计算中的框架柱、框架梁采用梁单元模拟，楼板采用壳单元模拟，如此便会产生各类型单元之间的连接问题。

为解决部分朋友们的疑问，水哥依自己的理解将从以下几个方面系统讲解下ANSYS中杆单元、梁单元、壳单元、实体单元的连接，其中若有不合理之处，还望各位朋友批评指正。

本系列讲解目录如下：1、单元连接总原则。

2、杆与梁、壳、体单元的连接。

3、梁单元与实体单元铰接。

4、2D梁单元与2D实体单元刚接。

5、3D梁单元与3D实体单元刚接。

6、壳单元与实体单元连接。

7、单元连接综合实例。

本篇推文为该系列文章的首篇，主要说下ANSYS中单元连接总的原则以及简单介绍两个概念。

一般来说，按“杆梁壳体”单元顺序，只要后一种单元的自由度完全包含前一种单元的自由度，则只要有公共节点即可，不需要约束方程，否则需要耦合自由度与约束方程。

例如：（1）杆与梁、壳、体单元有公共节点即可，不需要约束方程。

（2）梁与壳有公共节点即可，也不需要约束写约束方程；壳梁自由度数目相同，自由度也相同，尽管壳的rotz是虚的自由度，也不妨碍二者之间的关系，这有点类同于梁与杆的关系。

（3）梁与体则要在相同位置建立不同的节点，然后在节点处耦合自由度与施加约束方程。

（4）壳与体则也要相同位置建立不同的节点，然后在节点处耦合自由度与施加约束方程。

从上述也可见，ANSYS无非是通过三种方法来实现单元之间的连接：共用节点、耦合、约束方程。

这里简单介绍下耦合与约束方程的基本概念。

一、耦合所谓耦合，其实是一种比较特殊的约束方程，只不过为了区别于普通一般的约束方程，方便用户操作，特定提出来的一个概念。

他具体指当我们需要迫使两个或多个自由度取得相同值（值未知）时，可以将这类自由耦合在一起。

ansys分析出现问题NO.0052some contact elements overlap with the other contact element which can cause over constraint。

这是由于在同一实体上,即有绑定接触(MPC）的定义，又有刚性区或远场载荷（MPC）的定义,操作中注意在定义刚性区或远场载荷时避免选择不必要的DOF自由度,以消除过约束NO.0053Shape testing revealed that 450 of the 1500 new or modified elements violate shape warning limits.是什么原因造成的呢?单元网格质量不够好尽量，用规则化网格，或者再较为细密一点NO。

0054在用Area Fillet对两空间曲面进行倒角时出现以下错误：Area 6 offset could not fully converge to offset distance 10. Maximum error between the two surfaces is 1％of offset distance.请问这是什么错误？怎么解决?其中一个是圆柱接管表面，一个是碟形封头表面.ansys的布尔操作能力比较弱。

如果一定要在ansys里面做的话，那么你试试看先对线进行倒角，然后由倒角后的线形成倒角的面。

建议最好用UG、PRO/E这类软件生成实体模型然后导入到ansysNO.0055There are 21 small equation solver pivot terms。

；SOLID45 wedges are recommended only in regions of relatively lowstress gradients。

第一个问题我自己觉得是在建立contact时出现的错误,但自己还没有改正过来；第二个也不知道是什么原因。

ANSYS学习就是遇到错误，解决错误的过程，不要怕错误，遇到错误，慢慢解决，解决多了，水平慢慢就提高了。

下面这是总结的一部分。

1 把体用面分割的时候出现的错误提示：Boolean operation failed.try adjusting the tolerance value on the BTOL commmand to some fraction of theminimum keypoint distance.Model Size (current problem)1.183933e+000,BTOL setting1.00000e-005,minmum KPT distance 4.308365e-006先在要分割的地方设置一个工作平面，用布尔运算“divided--volume by working plane”进行分割的时候，出现上述错误，主要愿意可能是设置的公差太小，当时试了几次都么有成功，最后干脆把体重新建立了一个，又画了一个很大的面，终于成功了。

2.一个常见的代表性错误！原来我的虚拟内存设置为“无分页文件”，现在改为“系统管理”，就不在出现计算内存不够的情况了。

Error!Element type 1 is Solid95,which can not be used with the AMES command, meshing of area 2 aborted.刚开始学习的人经常出这种错误，这是因为不同单元类型对应不同的划分网格操作。

上面的错误是说单元类型为Solid95（实体类型），不能用AMES命令划分面网格。

3 Meshing of volume 5 has been aborted because of a lack of memory. Closed down other processes and/or choose a larger element size, then try the VMESH command again. Minimum additional memory required=853MB（by kitty_zoe ）说你的内存空间不够，可能因为你的计算单元太多，增加mesh尺寸，减少数量或者增加最小内存设定（ansys10中在customization preferences菜单存储栏可以修改）你划分的网格太细了，内存不足。

论坛里常有人问不同单元之间的连接问题，我自己也一直被这个问题所困绕,最近从ANＳＹＳ工程分析进阶实例上知道了AＮSYS中不同单元之间的连接原则。

感觉收收获不小，现把它上传与大家共享。

一般来说，按“杆梁壳体”单元顺序，只要后一种单元的自由度完全包含前一种单元的自由度，则只要有公共节点即可,不需要约束方程,否则需要耦合自由度与约事方程。

例如：(1)杆与梁、壳、体单元有公共节点即可，不需要约束方程。

ﻫ（2)梁与壳有公共节点怒可,也不需要约束写约束方程;壳梁自由度数目相同,自由度也相同，尽管壳的ｒoｔz是虚的自由度，也不妨碍二者之间的关系，这有点类同于梁与杆的关系。

(3)梁与体则要在相同位置建立不同的节点,然后在节点处耦合自由度与施加约束方程。

(４)壳与体则也要相同位置建立不同的节点，然后在节点处耦合自由度与施加约束方程。

上面所述的不同单元之间的接连方法主要是用耦合自由度和约束方程来实现的,有一定的局限性,只适用于小位移，下面介绍一种支持大位移算法的方法，ＭＰC法。

MPC即Mｕｌtiｐoint Conｓtraｉｎt,多点约束方程,其原理与前面所说的方程的技术几乎一致,将不连续、自由度不协调的单元网格连接起来,不需要连接边界上的节点完全一一对应。

MPC能够连接的模型一般有以下几种。

ﻫsolid 模型-ｓoｌid模型ﻫsｈelｌ模型-ｓheｌｌ模型ｓolｉｄ模型-shell 模型ｓolｉd 模型-beaｍ模型shelｌ模型-bｅam模型ﻫ在ＡNSＹS中,实现上述MPC技术有三种途径。

ﻫ(1）通过MPC18４单元定义模型的刚性或者二力杆连接关系。

定义MＰC1８4单元模型与定义杆的操作完全一致，而MPC单(2）利用约束元的作用可以是刚性杆（三个自由度的连接关系)或者刚性梁(六个自由度的连接关系)。

ﻫ方程菜单路径Ｍain Meｎｕ>pｒeproceｓsor>Coupliｎｇ/Cｅqn>shelｌ／ｓｏｌid Ｉｎｔerface创建壳与实体模型之间的装配关系。

ansys常见错误ansys分析出现问题NO.0052some contact elements overlap with the other contact element which can cause over constraint. 这是由于在同一实体上，即有绑定接触（MPC）的定义，又有刚性区或远场载荷（MPC）的定义，操作中注意在定义刚性区或远场载荷时避免选择不必要的DOF自由度，以消除过约束NO.0053Shape testing revealed that 450 of the 1500 new or modified elements violate shape warning limits.是什么原因造成的呢？单元网格质量不够好尽量，用规则化网格，或者再较为细密一点NO.0054在用Area Fillet对两空间曲面进行倒角时出现以下错误：Area 6 offset could not fully converge to offset distance 10. Maximum error between the two surfaces is 1% of offset distance.请问这是什么错误？怎么解决？其中一个是圆柱接管表面，一个是碟形封头表面。

ansys的布尔操作能力比较弱。

如果一定要在ansys里面做的话，那么你试试看先对线进行倒角，然后由倒角后的线形成倒角的面。

建议最好用UG、PRO/E这类软件生成实体模型然后导入到ansysNO.0055There are 21 small equation solver pivot terms.; SOLID45 wedges are recommended only in regions of relatively lowstress gradients.第一个问题我自己觉得是在建立contact时出现的错误，但自己还没有改正过来；第二个也不知道是什么原因。

论坛里常有人问不同单元之间的连接问题，我自己也一直被这个问题所困绕，最近从ANSYS工程分析进阶实例上知道了ANSYS中不同单元之间的连接原则。

感觉收收获不小，现把它上传与大家共享。

一般来说，按“杆梁壳体”单元顺序，只要后一种单元的自由度完全包含前一种单元的自由度，则只要有公共节点即可，不需要约束方程，否则需要耦合自由度与约事方程。

例如：（1）杆与梁、壳、体单元有公共节点即可，不需要约束方程。

（2）梁与壳有公共节点怒可，也不需要约束写约束方程；壳梁自由度数目相同，自由度也相同，尽管壳的rotz是虚的自由度，也不妨碍二者之间的关系，这有点类同于梁与杆的关系。

（3）梁与体则要在相同位置建立不同的节点，然后在节点处耦合自由度与施加约束方程。

（4）壳与体则也要相同位置建立不同的节点，然后在节点处耦合自由度与施加约束方程。

上面所述的不同单元之间的接连方法主要是用耦合自由度和约束方程来实现的，有一定的局限性，只适用于小位移，下面介绍一种支持大位移算法的方法，MPC法。

MPC即Multipoint Constraint,多点约束方程，其原理与前面所说的方程的技术几乎一致，将不连续、自由度不协调的单元网格连接起来，不需要连接边界上的节点完全一一对应。

MPC能够连接的模型一般有以下几种。

solid 模型-solid 模型shell模型-shell模型solid 模型-shell 模型solid 模型-beam 模型shell 模型-beam模型在ANSYS中，实现上述MPC技术有三种途径。

（1）通过MPC184单元定义模型的刚性或者二力杆连接关系。

定义MPC184单元模型与定义杆的操作完全一致，而MPC单元的作用可以是刚性杆（三个自由度的连接关系）或者刚性梁（六个自由度的连接关系）。

（2）利用约束方程菜单路径Main Menu>preprocessor>Coupling/Ceqn>shell/solid Interface创建壳与实体模型之间的装配关系。

问题：如下图所示的网格，其左右的密度不同，怎么连接在一起呢？先看例子吧。

fini/clear,nostart/prep7et,1,63r,1,0.1mp,prxy,1,0.3mp,ex,1,2e10 !以上为定义材料，单元类型rect,0,1,0,0.4rect,1,2,0,0.4 !建立两个矩形模型aesize,1,0.1aesize,2,0.05amesh,all !划分网格asel,s,,,2 !选择编号为2的面esla !选择此面上的单元nsle !选择单元上的所有节点nsel,r,loc,x,1-1e-6,1+1e-6!在刚才选取的节点中选择1-1e-6和1+1e-6之间的节点。

!也就是疏密网格交界处的节点。

注意，选择的是网格比较密的!那一侧的面上的节点。

因为一会要把这些节点和左侧面上的单!元连接在一起。

cm,node_temp,node !给这些节点起个名字，以备后用。

alls, !全选asel,s,,,1 !选择左侧的网格较疏的面esla !选择此面上的单元nsle !选择单元上的所有节点nsel,r,loc,x,1-1e-6,1+1e-6 !同上注释。

esln,r !选择贴附在以上节点上的单元。

cm,elem_temp,elem ! 给这些单元起个名字，以备后用。

alls,nsel,noneesel,none !在开始连接操作之前，不要选中任何节点和单元cmsel,s,elem_tempcmsel,s,node_temp !选中刚才定义的单元集合和节点集合。

ceintf,0.25,all !仅此一句命令即搞定了疏密网格之间的接合。

此命令可以在接合面处生成约束方程。

All代表全部自由度。

alls,/solulsel,s,,,4nsll,s,1d,all,all !定义边界条件lsel,s,,,6nsll,s,1d,all,uz,0.01 !定义边界条件alls,solve !求解之。