ANSYS的节点耦合的方法及应用

一、前言变截面梁，即两端截面不同的梁。

在工程中通常将梁受力吃紧的一端采用较大的截面，另一端采用较小的截面，以实现等强度设计，节省原材料。

这种变截面梁生活中普遍存在，远至古代娶亲用的花轿轿杆、农村大车车辕，直至当今建筑钢结构中各种采光大蓬横梁（包括弯曲横梁）、各种连杆摇臂结构等。

特别是悬臂梁几乎处处可见，就连输电用的水泥电杆也做成根粗尖细的。

由于这种变截面梁在工程中普遍存在，在ANSYS程序结构分析中，专门设置了变截面梁单元的功能，使用起来特别方便。

具体操作过程在下面的实例分析中详细介绍。

自由度耦合即构件连接处两个节点的自由度（包括移动自由度和转动自由度）变化是一致的，主节点如何变化，从节点随着同样变化。

自由度耦合在静力分析时常用在连接件上，特别用在具有转动的连接件上。

例如：汽车挂挡手柄连接端的球铰，各种销钉与耳环的连接，各种转盘与转轴的连接等。

自由度耦合的概念与自由度释放的概念正好相反。

在ANSYS程序中没有自由度释放功能，只有自由度耦合功能，但用自由度耦合功能完全可以达到自由度释放的目的。

这种功能具体操作过程，也在下面的实例分析中详细介绍。

二、雨蓬计算分析该雨蓬结构是由11根变截面工字钢梁、1根等截面工字钢梁、3根圆管钢梁、1根槽钢梁和6根拉杆钢组成。

其结构如下：图1雨蓬结构1．原始数据（1）坐标数据关键点号XYZ100020063003045000 （第一拉杆上端点）40-10000 （变截面梁Z轴方向）5010000 （第一排工字钢Z轴方向）60-10006300（第六排槽钢Z轴方向）（2）材料数据主钢梁变截面工字钢：大端300×150×8×6小端150×150×8×6第一横梁工字钢：150×100×8×6第二、第三、第四横梁圆管钢：Φ102×4 Ri=47 R0=51第五横梁槽钢：160×80×8×6拉杆：Φ102×4A=1231.5 =0.0001(3) 载荷由玻璃均布载荷计算而得:中间节点: F=5560N边节点: F=2780N角节点: F=1690N(4) 单元梁单元: BEAM188杆单元: LINK8(5) 边界条件主梁固定于墙上:位移和转角全约束；拉杆与主梁连接: 位移耦合,转角自由；拉杆与墙连接: 位移约束, 转角自由。

查看文章ansys 中使用ENDRELEASE命令创建铰接的耦合规则及示例2007年11月30日星期五 08:40本文最早发表于网易土木(适用于ansys8.0以后版本，现在11都有了,呵呵）=================================(回复 0 | 人气 26）[引用] ［收藏］［编辑] 2007—10-03 16:11：19.0楼主在创建铰接时，常用的方法有几下几种:1、BEAM44单元，释放自由度： KEYOPT。

2、BEAM188／189，ENDRELEASE命令自动创建耦合.3、手动创建耦合，最万能,但是也最复杂。

在8。

0以后,新的ENDRELEASE命令给188单元带来了非常的活力！但是关于此命令网上的资料却很少。

无论BAIDU 还是GOOGLE 的结果都只有一页,而且内容含糊不清。

现在我们就来看一下这个命令的用法。

＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝一、命令格式在PREP7下：ENDRELEASE，--，TOLERANCE，Dof1，Dof2，Dof3,Dof4-—：程序预留位，估计以后还要继续开发TOLERANCE:容许角度,以“度”为单位，超过此数值的单元结合处才进行计算。

默认20，输入－1以释放所有单元Dof1，Dof2,Dof3,Dof4：需要释放的自由度，如果Dof1为空，默认为翘曲（warping)并且Dof2以及以后参数忽略：＝》WARP：释放翘曲自由度＝》ROTX：释放X方向转角＝》ROTY：释放Y方向转角＝》ROTZ:释放Z方向转角＝》UX：释放X方向位移＝》UY：释放Y方向位移＝》UZ：释放Z方向位移＝》BALL:创建球铰（等效于释放WARP、ROTX、ROTY、ROTZ）菜单路径：Main Menu〉Preprocessor>Loads〉Load Step Opts>Other〉End Releases〉On Selected setMain Menu>Solution〉Load Step Opts>Other>End Releases>On Selected set＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝二、范例这里我们将做一个单层厂房的屋架。

ANSYSapdl命令流笔记16-------耦合场分析基础耦合场分析概述前⾔耦合场分析，也称为多物理场分析，分析不同的物理场的相互作⽤以解决⼀个全局性的⼯程问题。

例如，当⼀个场分析的输⼊依赖于从另⼀个分析的结果，那么分析就会被耦合。

耦合⽅式有：单向耦合：前⼀个分析的结果作为载荷施加给下⼀个分析，⽽下⼀个分析的结果不会影响前⼀个场的分析结果。

例如，在热应⼒问题中，温度场会在结构场中引⼊热应变，但是结构应变通常不会影响温度分布。

因此，⽆需在两个现场解决⽅案之间进⾏迭代。

双向耦合：两个物理场的结果会相互影响。

例如，⾮线性材料的感应加热中，谐波电磁分析计算出焦⽿热，该热在瞬态热分析中⽤于随时间变化的温度解，⽽温度的变化会反过来影响电磁场材料属性的变化，从⽽改变电磁分析结果。

⼀、耦合场分析类型1.直接耦合场分析直接⽅法通常只包含⼀个分析，它使⽤⼀个包含所有必需⾃由度的耦合单元类型，通过计算包含所需物理量的单元矩阵或单元载荷向量的⽅式进⾏耦合。

具有直接耦合功能的单元有：SOLID5 ---------3-D 耦合场实体单元 (电磁矩阵的推导，耦合效应)PLANE13---------⼆维耦合场实体单元 (电磁矩阵的推导，耦合效应)FLUID29 ---------⼆维声学流体 单元(声学矩阵的推导)FLUID30 ---------3-D 8 节点声学流体单元 (声学矩阵的推导)LINK68------------热电耦合杆单元SOLID98----------四⾯体耦合场实体单元 (电磁矩阵的推导，耦合效应)FLUID116---------热流体耦合管单元CIRCU124--------电路单元TRANS126-------机电转换器单元(电容计算，耦合机电⽅法)SHELL157--------热电耦合壳单元FLUID220---------3-D 20 节点声学流体单元FLUID221---------3-D 10 节点声学流体单元PLANE222--------⼆维 4 节点耦合场实体单元PLANE223--------⼆维 8 节点耦合场实体单元SOLID226---------3-D 20 节点耦合场实体单元SOLID227---------3-D 10 节点耦合场实体单元PLANE233--------⼆维 8 节点电磁耦合单元(电磁矩阵的推导，电磁场评估)SOLID236--------3-D 20 节点电磁耦合单元(电磁矩阵的推导，电磁场评估)SOLID237--------3-D 10 节点电磁耦合单元(电磁矩阵的推导，电磁场评估)优点：1.允许解决通常的有限元⽆法解决的问题。

/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。

流固耦合方法要实现流固耦合首先要确定固体模型和流体模型。

本设计的流体和固体模型都是在ANSYS Workbench中建立的（也可以用其他的三维建模工具）。

建模后将流体模型输出为IGES格式，然后导入到ICEM中化分网格备用。

固体模型则直接在Workbench中的Simulation中定义固支面和流固耦合面等，并划分网格。

最后输出inp文件。

最后利用CFX进行双向流固耦合计算。

具体步骤在下面分别叙述。

流体部分1.流体模型的建立启动ANSYS Workbench，点击New geometry开启DesignModeler。

在这里可以采用多种建模方法，我用的是直接在Create下拉菜单中选择最底部的Primitives 中的bend选项，直接建立一系列的扇形环柱体。

即可组成流体域的模型，在这里不再赘述。

2.流体网格的划分建模后将流体模型输出为IGES格式，然后导入到ICEM中。

在ICEM中通过点和线处理工具删掉一些多于的线并补上必要的点（分块的时候用来固定节点）。

然后创建体，在创建的提示栏中选择所有的面。

注意体形成后要多还几个角度观察，以确定solid点在整个模型的内部。

接下来就要分块，点击blocking按钮，选择整个实体为对象创建块。

之后将块沿边界切割成若干子块，删掉不需要的子块。

然后把快上的节点固定在相应的实体的点上，把块的边界线固定在相应的实体线上。

然后在块的特征边上设定节点数，化分网格。

3.网格输出网格划分完之后，需要将网格从ICEM CFD导出到计算软件ANSYS CFX中做计算，其具体的操作步骤如下：（1）选择File > Mesh > Load from Blocking;（2）选择File > Blocking > Save Multiblock Mesh,在出来的对话框上选择V olume。

（3）选择Output > Select solver,在出来的对话框上选择计算所用的软件ANSYS CFX，点击Okay。

采用ansys进行温度和结构的耦合分析需要注意的问题总结温度场和结构的耦合有两种：间接和直接。

间接法，可以理解为先做温度场的分析，再做结构的分析，其中要引入温度场分析的结果。

在不同的分析里，单元的性质是不同的，但DOF一定要一致。

直接法，和上述方法不同的地方是，单元是直接就定义为含有温度和结构耦合的单元，然后直接做分析，即不需要分为两个步骤。

瞬态分析，一样可以用上述两个方法。

只是运用第一个时要十分清楚载荷步与分析的关系，虽然比第二种灵活，但处理起来也十分麻烦。

在做温度场的瞬态分析，根据需要，在合适的载荷步停顿，做结构分析（如果想省去单元定义转换的麻烦，那么就定义physics环境切换）。

做完结构分析，再开启温度场分析（一样要转换环境），这里为确保从某一载荷步出发，我们用FLOCHECK,2，然后继续加载边界条件求解。

耦合的过程很公式化，但是要让其符合你的要求，就要很小心数据的提取。

还有一个问题，结构分析时需不需要删除热边界条件。

需要删除热边界条件，比如对流等等。

一般情况下，不考虑变形对温度的影响（因为特别小），采用间接耦合，即先计算温度场，然后读取温度场结果，进行结构分析。

........................载荷步是为了表达随时间变化的载荷，也就是说把载荷—时间曲线分成载荷步。

这是瞬态与稳态分析最大的不同。

分析时对于每一个载荷步都要定义载荷值和对应的时间值。

而分析类型应定义为瞬态分析，每计算一个载荷步时，都要删掉上一个载荷步的温度，除非这些节点的温度在瞬态与稳态分析中都相同。

至于单元，个人推荐使用SOLID62，无论是分网还是施加载荷都比教方便，基本可满足各类瞬态分析计算条件。

......................首先了解一个概念，顺序耦合或是直接耦合的选择是针对不同的问题选择的，一般地，当温度变化对于结构的力学影响相对很小的时候，也就是说可以忽略的情况下，我们称之为单向弱耦合，此时采用顺序耦合很方便，例如焊接过程，这样可以节省分析时间！而对于诸如车的制动系统即车闸盘与闸片的接触，在制动过程中，由于闸片与闸盘的摩擦生热会影响两者的接触，同时由于闸盘的减速对闸片的生热也会有很大影响，所以两者是强耦合，只能采用直接耦合！你需要选择合适的耦合方法才能更好的求解你的问题！从实际情况来讲，直接耦合是最接近现实的耦合方法，但同时求解也会存在困难性！你的模型如果是热力过程同时进行的话，那么这个求解过程无疑是瞬态的，每一点每一时刻的温度值都是需要读入力学分析中的相应时刻的，不存在“静态力分析和瞬态热分析的过程！当然，如果你的分析过程是模型先受热后才开始力载荷的作用，那可以进行”静态力分析“，此时你的模型热分析的温度值你只需对最终的温度值以载荷形式赋与结构分析中去，当然，这种过程也就不叫做耦合了！.....................顺序法热力耦合的基本思路是：在热载荷作用下温度场分析的过程，是热梯度分布渐变的过程。

ansys中nummrg与glue命令及自由度耦合的比较ZZCP, nset, lab,node1,node2,……node17定义或改变耦合节点自由度PREP7: Coupled DOFnset：耦合组编号设置如下：n：随机设置数量HIGH：使用最高定义的耦合数量（如果Lab=all，此为默认值）。

该选项用于在已有组中增加节点。

NEXT：将定义的最高耦合数量增加1。

该项用于在现有组未改变时自动定义耦合组。

Lab: 耦合节点的自由度。

定义类型随NSET所选类型改变：结构类：UX, UY, or UZ (位移); ROTX, ROTY, or ROTZ (角度)；热分析类： TEMP, TBOT, TE2, TE3, . . ., TTOP (温度)；流体分析类: PRES (压力); VX, VY, or VZ (速率)；电子类: VOLT (电压); EMF (电场耦合值); CURR (电流).磁分析类: MAG (标量磁位差); AX, AY, or AZ (矢量磁位差); CURR (电流).Explicit analysis labels: UX, UY, or UZ (位移)。

node1~node17: 待耦合的节点号。

输入相同的节点号会被忽略。

如果某一节点号为负，则此节点从该耦合组中删去。

如果node1=all,则所有选中节点加入该耦合组。

注意：1，不同自由度类型将生成不同编号2，不可将同一自由度用于多套耦合组耦合自由度的结果是耦合组中的一个元素与另一个元素有相同的属性。

耦合可以用于模型不同的结点和联结效果。

一般定义耦合可以使用约束公式（CE）。

对结构分析而言，耦合节点由节点方向定义。

耦合的结果是，这些节点在指定的结点坐标方向上有相同的位移。

对于一组没有定义位移的耦合节点，可能会产生应力弯矩，这些弯矩不是由作用力产生的。

对特定节点的实际自由度是由元素类型（ET）所指定的。

例如，BEAM3的自由度是UX，UY和ROTZ。

第一章耦合场分析1.1耦合场分析的定义耦合场分析是指考虑了两个或多个工程物理场之间相互作用的分析。

例如压电分析，考虑结构和电场间的相互作用：求解由施加位移造成的电压分布或相反过程。

其它耦合场分析的例子有热－应力分析，热－电分析，流体－结构分析。

需要进行耦合场分析的工程应用有压力容器（热－应力分析），流体流动的压缩（流体结构分析），感应加热（磁－热分析），超声波换能器（压电分析）以及磁体成形（磁－结构分析），以及微电机械系统（MEMS）等。

1.2耦合场分析的类型耦合场分析的过程依赖于所耦合的物理场，但明显可以可分为两类：顺序耦合和直接耦合。

1.2.1 顺序耦合方法顺序耦合方法包括两个或多个按一定顺序排列的分析，每一种属于不同物理场的分析。

通过将前一个分析的结果作为载荷施加到第二个分析中的方式进行耦合。

典型的例子是热－应力顺序耦合分析，热分析中得到节点温度作为“体载荷”施加到随后的应力分析中去。

1.2.2 直接耦合方法直接耦合方法一般只涉及到一次分析，利用包括所有必要自由度的耦合场类型单元。

通过计算包含所需物理量的单元矩阵或载荷向量的方式进行耦合。

例如使用了SOLID5、PLANE13或SOLID98单元的压电分析。

另外的例子如利用TRANS126单元的MEMS分析。

1.2.3 直接法与顺序法的应用场合对于耦合情况的相互作用非线性程度不是很高的情况，顺序耦合法更有效，也更灵活。

因为两个分析之间是相对独立的。

例如在热应力顺序耦合分析中，可以先进行非线性瞬态热分析，然后再进行线性静力分析。

可以将瞬态热分析中任一载荷步或时间点的节点温度作为载荷施加到应力分析中。

顺序耦合可以是不同物理场之间交替进行执行，直到收敛到一定精度为止。

当耦合场之间的相互作用是高度非线性的，直接耦合具有优势。

它使用耦合变量一次求解得到结果。

直接耦合的例子有压电分析，流体流动的共轭传热分析，电路－电磁分析。

这些分析中使用了特殊的耦合单元直接求解耦合场间的相互作用。