Ansys自由度耦合_不同单元之间的连接问题

ANSYS自由度耦合当生成模型时，典型地是用单元去连接节点以建立不同自由度间的关系，但是，有时需要能够刻划特殊细节（刚性区域结构的铰链连接，对称滑动边界，周期条件，和其他特殊内节点连接等），这些用单元不足以来表达，可用耦合和约束方程来建立节点自由度间的特殊联系，利用这些技术能进行单元做不到的自由度连接。

1、什么是耦合当需要迫使两个或多个自由度（DOFs）取得相同（但未知）值，可以将这些自由度耦合在一起，耦合自由度集包含一个主自由度和一个或多个其他自由度。

耦合只能将主自由度保存在分析的矩阵方程里，而将耦合集内的其他自由度删除。

计算的主自由度值将分配到耦合集内的所有其他自由度中去。

典型的耦合自由度应包括：部分模型包含对称；在两个重复节点间形成销钉，铰链，万向节和滑动连接；迫使模型的一部分表现为刚体。

2、如何生成耦合命令：CPGUI：Preprocessor——Coupl/Ceqn——Couple DOF在生成一个耦合节点之后，通过执行一个另外的耦合操作（保证用相同的参考编号集）将更多节点加到耦合集中。

也可用选择逻辑来耦合所选节点的全部耦合。

可用CP命令输入负的节点号来删除耦合集合中的节点。

要修改一耦合自由度（即增、删节点或改变自由度标记）用CPNGEN命令（无GUI）。

CPINTF命令通过在对每对重合节点上定义自由度标记生成一耦合集而实现对模型重合节点的耦合。

此操作对“扣紧”几对节点（诸如一条缝）尤为有用。

命令:CPINTFGUI：Preprocessor——Coupl/Ceqn——Coincident nodes除耦合重复节点外，还可用下列替换方法迫使节点有相同的变现方式：（1）如果对重复节点所有自由度都要耦合，通常用NRMMRG （numbering——mergeit）将这些节点合并起来更方便；（2）可用EINTF命令（create——element——at coincident）在重复节点生成2节点单元连接；（3）用EINTF(preprocessor——couple/ceqn——adjacent rejoins)将两个不相似网格模式的区域连接起来，这项操作使一个区域的选定节点与另一个区域的选定单元连接起来生成约束方程；（4）用下列方法以相同的节点号但与已有模式集不同的自由度标记生成新的耦合集。

标题: ANSYS中耦合自由度的方法- dongyijun123 2010-03-02 19:36 阅读:3- 评论:0当需要迫使两个或多个自由度取得相同（但未知）值，可以将这些自由度耦合在一起。

耦合自由度集包含一个主自由度和一个或多个其它自由度。

典型的耦合自由度应用包括：模型部分包含对称；在两重复节点间形成销钉、铰链、万向节和滑动连接；迫使模型的一部分表现为刚体。

生成耦合自由度集步骤：1.在给定节点处生成并修改耦合自由度集命令：CPGUI: Main Menu>Preprocessor>Coupling / Ceqn>Couple DOFs在生成一个耦合节点集之后，通过执行一个另外的耦合操作（保证用相同的参考编号集）将更多节点加到耦合集中来。

也可用选择逻辑来耦合所选节点的相应自由度。

用CP命令输入负的节点号来删除耦合集中的节点。

要修改一耦合自由度集（即增、删节点或改变自由度标记）可用CPNGEN命令。

（不能由GUI直接得到CPNBGEN命令）。

2.耦合重合节点。

CPINTF命令通过在每对重合节点上定义自由度标记生成一耦合集而实现对模型中重合节点的耦合。

此操作对“扣紧”几对节点（诸如一条缝处）尤为有用。

命令：CPINTFGUI: Main Menu>Preprocessor>Coupling / Ceqn>Coincident Nodes3.除耦合重复节点外，还可用下列替换方法迫使节点有相同的表现方式：如果对重复节点所有自由度都要进行耦合，常用NUMMRG命令（GUI：Main Menu>Preprocessor>Numbering Ctrls>Merge Items）合并节点。

可用EINTF命令（GUI：Main Menu> Preprocessor>Create> Elements >At Coincid Nd）通在重复节点对之间生成2节点单元来连接它们。

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。

/viewthread.php?tid=916386&highlight=%F1%EE%BA%CF /viewthread.php?tid=914150&highlight=%F1%EE%BA%CF/viewthread.php?tid=786833&highlight=%CD%E4%BE%D8（这个很有用！！）前言做一个总结意义！！！原因：最近网上有较多的朋友在咨询关于实体加载的方法目的：希望这个问题不再成为大家的疑惑的一部分一、说说施加方法思路1：矩或扭矩说白了就是矩，所谓矩就是力和力臂的乘积。

施加矩可以等效为施加力；思路2：直接施加弯矩或扭矩，此时需要引入一个具有旋转自由度的节点；二、在ANSYS中实现的方法这里说说3个基本方法，当然可以使用这3个方法的组合方法，组合方法就是对3个基本方法的延伸，但原理仍不变。

方法1：引入mass21，利用cerig命令Ex1:/prep7block,0,1,0,1,0,2k,9,0.5,0.5,2.5mp,ex,1,2e10mp,prxy,1,0.2mp,prxy,1,0.3r,2,1e-6et,1,45et,2,21keyopt,2,3,0lesize,all,0.2vmesh,allksel,s,,,9type,2real,2kmesh,allallselnsel,s,loc,z,2,3NPLOTCERIG,node(0.5,0.5,2.5),ALL,ALL, , , ,allsel/SOLUf,node(0.5,0.5,2.5),my,100e3FINISH/SOLnsel,s,loc,z,0d,all,allallselsolve方法2：利用mpc184单元/prep7block,0,1,0,1,0,2mp,ex,1,2e10mp,prxy,1,0.2mp,prxy,1,0.3et,1,45et,2,184keyopt,2,1,1lesize,all,0.2vmesh,alln,1000,0.5,0.5,2.5type,2mat,2*do,i,1,36e,1000,36+i*enddoallselallsel/SOLUf,node(0.5,0.5,2.5),my,100e3 FINISH/SOLnsel,s,loc,z,0d,all,allallselsolve方法3：使用rbe3命令/prep7block,0,1,0,1,0,2k,9,0.5,0.5,2.5mp,ex,1,2e10mp,prxy,1,0.2mp,prxy,1,0.3r,2,1e-6et,1,45et,2,21keyopt,2,3,0lesize,all,0.2vmesh,allksel,s,,,9type,2real,2kmesh,allallsel*dim,sla,array,36*do,i,1,36sla(i)=i+36*enddo*dim,sla2,array,36*do,i,1,36sla2(i)=i+36*enddoallselrbe3,node(0.5,0.5,2.5),all,sla,sla2allsel/SOLUf,node(0.5,0.5,2.5),my,100e3FINISH/SOLnsel,s,loc,z,0d,all,allallselsolve三、使用结论方法1和方法2的结果一致，方法3偏大。

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。

ANSYS中杆单元、壳单元的单元耦合问题关键词：单元耦合ANSYS在比较复杂的结构的有限元分析中，不同的结构部件通常使用不同类型的单元来模拟。

通常情况下，不同类型的单元的各个节点的自由度数目是不同的，不同类型单元的连接节点处的自由度的耦合问题，是一个比较令人头疼的问题。

在ANSYS中通常可以用耦合命令CP来耦合不同类型单元在连接节点处的自由度(DOF)。

也可以用CE命令来认为添加自由度之间的约束方程来达到耦合的目的。

下面是一个简单的算例，使用了CE命令来耦合连接节点处的自由度。

模型是航天器的机翼的一个Section的某一个隔框。

上下表皮是薄壳结构，用Shell63单元来模拟，在上下表皮之间有起支撑作用的杆件，用link8单元来模拟。

建模的时候，link8单元和shell63单元在连接有各自独立的节点。

即：link8单元和shell63单元的节点在连接处是重合的，但是，节点编号是各自独立的。

link8单元在每个节点有ux,uy,uz3个平动自由度；shell63在每个节点有ux,uy,uz这3个平动自由度和rotx,roty,rotz这3个转个自由，共6个自由度。

在耦合节点处，两个耦合节点的ux,uy,uz自由度应该是相等的。

这个等式可以用CE命令来描述。

完整的命令流如下：finish/clear,start/prep7!定义第一种材料属性；mp,ex,1,30e6mp,prxy,1,0.3!定义shell63单元和实常数；et,1,shell63r,1,1e-3!建立几何模型；rectng,31.8,33.2,0,0.3556agen,2,1,1,1,0,0,1a,1,4,8,5a,6,7,3,2KL,7,0.5, ,KL,3,0.5, ,在关键点处生成节点；nkpt,100,4 !与编号为117的节点耦合nkpt,101,9 !与编号为169的节点耦合nkpt,102,10 !与编号为120的节点耦合nkpt,103,7 !与编号为160的节点耦合mat,1type,1real,1lesize,1,,,6lesize,3,,,6lesize,5,,,6lesize,7,,,6lesize,9,,,6lesize,10,,,6lesize,11,,,6lesize,12,,,6lesize,2,,,6lesize,4,,,6lesize,6,,,6lesize,8,,,6MSHAPE, 0, 2DMSHKEY, 1allselamesh,all!定义第二种材料属性；mp,ex,2,30e4mp,prxy,2,0.3!定义link8单元和实常数；et,2,link8r,2,28.26e-6mat,2type,2real,2e,101,102e,100,101e,102,103!CE, NEQN, CONST, NODE1, Lab1, C1, NODE2, Lab2, C2, NODE3, !Lab3, C3ce,1,0,100,ux,1,117,ux,-1 !节点100的ux＝节点117的ux;ce,2,0,100,uy,1,117,uy,-1 !节点100的uy＝节点117的uy;ce,3,0,100,uz,1,117,uz,-1 !节点100的uz＝节点117的uz;ce,4,0,101,ux,1,169,ux,-1 !同上；ce,5,0,101,uy,1,169,uy,-1ce,6,0,101,uz,1,169,uz,-1ce,7,0,102,ux,1,120,ux,-1ce,8,0,102,uy,1,120,uy,-1ce,9,0,102,uz,1,120,uz,-1ce,10,0,103,ux,1,160,ux,-1ce,11,0,103,uy,1,160,uy,-1ce,12,0,103,uz,1,160,uz,-1!施加约束，底面约束所有的自由度；DA,1,all!施加分布载荷；SFA,2,1,PRES,-1e4finish/solusolve !求解；finish/post1PLNSOL, S,X, 0,1.0finishPLNSOL, S,X, 0,1.0 对应的结果云图PLNSOL, S,EQV, 0,1.0对应的结果云图。