ANSYS第十二章 耦合和约束方程

ANSYS使用经验[b]ANSYS使用经验[/b]1,如何定制Beam188/189单元的用户化截面2,ANSYS 查询函数（Inquiry Function）3,ANSYS是否具有混合分网的功能？4,机器人结构的优化分析5,利用ANSYS随机振动分析功能实现随机疲劳分析6,耦合及约束方程讲座一、耦合7,耦合及约束方程讲座二、约束方程8,巧用ANSYS的T oolbar9,如何得到径向和周向的计算结果?10,如何加快计算速度11,如何考虑结构分析中的重力12,如何使用用户定义用户自定义矩阵13,如何提取模态质量14,ANSYS的几种动画模式Q: ANSYS中有好几种动画模式，但并非同时可用。

那么有哪几种类型，何时可用呢？Q: 这些动画模式的区别是什么？Q: 如何存储在ANSYS中创建的动画？Q: A用Bitmap模式存储的.avi文件与用AVI模式存储的.avi文件有何不同？Q: UNIX上制作的动画能否在PC上播放？Q: ANIMATE是否能读入所有的动画文件？15,如何正确理解ANSYS的节点坐标系16,为什么在用BEAM188和189单元划分单元时会有许多额外的节点？可不可以将它们删除？17,应用ANSYS软件进行钢板弹簧精益设计18,用ANSYS分析过整个桥梁施工过程Q: I must build the whole model and kill the elements that don't take part in the analysis of certain erection stage, so i think the multiple steps is nota useful way to solve the problem19,在ANSYS5.6中如何施加函数变化的表面载荷20,在ANSYS中怎样给面施加一个非零的法向位移约束?21,在任意面施加任意方向任意变化的压力22,ANSYS程序的二次开发23,参数化程序设计语言（APDL）24,用户界面设计语言（UIDL）25,用户程序特性（UPFs）26,ANSYS数据接口27,解析UIDL篇28,UIDL实例解析一29,UIDL实例解析二来自中国有限元联盟全文：如何定制Beam188/189单元的用户化截面ANSYS提供了几种通用截面供用户选用，但有时不能满足用户的特殊需求。

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——couple/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NUMMRG（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命令：CPSGENGUI：preprocessor——couple/ceqn——genw/sam node5用下列方法生成与已有耦合集不同（均匀增加的）节点编号但有相同的自由度标记的新耦合集命令：CPSGENGUI:couple/ceqn_genw_samdof6用下列方法对耦合自由度集列表命令：CPLISTGUI:list——other——couple set7用下列方法删除耦合命令：CPDELEGUI:couple/ceqn——del couple sets（删除集）必须用cpngen命令或cp命令以耦合集中删除特定的节点！3）耦合的其他条件1每个耦合的节点都在节点坐标系下进行耦合操作，通常应当保持节点坐标系一致性2自由度是在一个集内耦合而不是集之间耦合，不允许一个自用度出现在多于一个耦合集中3接地自由度（由D或其他约束命令指定自由度值）不能包括在耦合集合中4在减缩自由度分析中，如果主自由度要从耦合自由集中选取，只有主要自由度才能被指定为主自由度（不能指定耦合集中的删除自由度为主自由度）5在结构分析中，耦合自由度以生成以刚体区域有时会引起明显的平衡破坏不重复的或不与耦合位移方向一致的一个耦合节点集会产生外加力矩但不会出现在反力中1 耦合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。

ansys约束方程求解算法ANSYS是一种常用的工程仿真软件，它可以用来求解各种不同类型的问题。

其中，约束方程是ANSYS求解算法的关键部分之一。

本文将介绍ANSYS中约束方程的求解算法，并探讨其在工程仿真中的应用。

在ANSYS中，约束方程用于描述物体之间的力学关系，以及边界条件和约束条件。

在求解过程中，需要将这些约束方程纳入计算模型中，以确保模拟结果的准确性和可靠性。

ANSYS中的约束方程求解算法主要包括两个步骤：建立方程和求解方程。

建立方程。

在ANSYS中，可以通过几何约束、材料性质、边界条件等来建立约束方程。

几何约束包括距离、角度、平行等几何关系，材料性质包括弹性模量、泊松比等材料性质参数，边界条件包括固定边界、载荷边界等约束条件。

通过将这些约束条件转化为数学方程，可以建立起模型的约束方程。

求解方程。

ANSYS利用数值计算方法求解约束方程，通常采用有限元法。

有限元法将模拟区域分割为有限个小单元，每个小单元内部的约束方程可以表示为一个线性或非线性方程组。

通过求解这些方程组，可以得到每个小单元内的位移、应力等物理量。

然后，通过将这些物理量进行组合，可以得到整个模拟区域的位移、应力分布情况。

在工程仿真中，约束方程的求解算法在各个领域有着广泛的应用。

以结构分析为例，通过建立约束方程，可以模拟材料在不同载荷下的应力分布情况，从而评估结构的强度和刚度。

在流体力学中，约束方程可以用于描述流体的运动和压力分布，从而分析流体的流动特性。

在电磁场分析中，约束方程可以用于求解电磁场的分布情况，从而评估电磁设备的性能。

除了求解约束方程，ANSYS还提供了丰富的后处理功能。

通过后处理，可以对求解结果进行可视化展示，如绘制变形图、应力云图等，帮助工程师更直观地理解模拟结果。

同时，还可以对模拟结果进行进一步的分析和优化，以满足设计要求。

约束方程的求解算法是ANSYS仿真软件的核心功能之一。

通过建立和求解约束方程，可以模拟各种不同类型的工程问题，并得到准确可靠的仿真结果。

ANSYS―接触单元说明参考ansys的中文帮助文件联系问题（参见ANSYS中文帮助文件）当两个分离的表面互相碰触并共切时，就称它们牌接触状态。

在一般的物理意义中，牌接触状态的表面有下列特点：1、不互相渗透；2.能将法向压力和切向摩擦力相互传递；3.正常张力通常不会传递。

接触分类：刚性体－柔性体、柔性体－柔性体实际接触体不会相互穿透，因此程序必须在这两个表面之间建立关系，以防止它们在有限元分析中相互穿透。

DD罚函数法。

接触刚度ddlagrange乘子法，增加一个附加自由度（接触压力），来满足不穿透条件dd将罚函数法和lagrange乘子法结合起来，称之为增广lagrange法。

三种接触单元：节点对节点、节点对面、面对面。

接触单元的实常数和单元选项设z：FKN：正常接触刚度。

该值应足够大，以使接触穿透变小；同时，它应该足够小，以便问题没有病态矩阵。

FKN值通常在0.1到10之间。

对于体积变形问题，该值为1.0（默认值），对于弯曲问题，该值为0.1。

ftoln：最大穿透容差。

穿透超过此值将尝试新的迭代。

这是一个与接触单元下面的实体单元深度（h）相乘的比例系数，缺省为0.1。

此值太小，会引起收敛困难。

图标：初始接触调整带。

它可以用来在目标表面周围形成一个“调整带”，调整带中的任何接触点都被移动到目标表面；如果未给出图标值，则ANSYS会根据模型的大小提供较小的默认值（<0.03=）pinb：指定近区域接触范围（球形区）。

当目标单元进入pinball区时，认为它处于近区域接触，pinball区是围绕接触单元接触检测点的圆（二维）或球（三维）。

可以用实常数pinb调整球形区（此方法用于初始穿透大的问题是必要的）pmin和pmax：初始容许穿透容差。

这两个参数指定初始穿透范围，ansys把整个目标面（连同变形体）移到到由pmin和pmax指定的穿透范围内，而使其成为闭合接触的初始状态。

初始调整是一个迭代过程，ansys最多使用20个迭代步把目标面调整到pmin和pmax范围内，如果无法完成，给出警告，可能需要修改几何模型。

ansys约束方程mises摘要：1.什么是ANSYS 约束方程2.ANSYS 约束方程的作用3.ANSYS 约束方程的类型4.如何使用ANSYS 约束方程5.ANSYS 约束方程的注意事项正文：一、什么是ANSYS 约束方程ANSYS 约束方程是在ANSYS 中对模型进行有限元分析时，为了限制模型的某些自由度或约束模型的某些条件而设置的方程。

它可以用来模拟实际工程中的各种约束情况，例如固定支撑、转动约束、对称约束等。

二、ANSYS 约束方程的作用约束方程在ANSYS 中的作用主要体现在以下几个方面：1.提高计算精度：通过设置约束方程，可以减少模型的自由度，使得计算过程更加稳定，提高计算精度。

2.降低计算成本：在某些情况下，通过设置约束方程，可以减少需要计算的元素数量，从而降低计算成本。

3.模拟实际工程：在实际工程中，很多结构都存在一定的约束条件，通过设置约束方程，可以更好地模拟实际工程情况。

三、ANSYS 约束方程的类型ANSYS 约束方程主要包括以下几种类型：1.固定约束：用于限制模型某个节点的位移。

2.转动约束：用于限制模型某个节点的旋转角度。

3.对称约束：用于限制模型某个面的对称性。

4.接触约束：用于模拟模型与外部物体的接触情况。

5.温度约束：用于限制模型的温度。

四、如何使用ANSYS 约束方程在使用ANSYS 约束方程时，需要按照以下步骤进行操作：1.创建模型：首先需要创建有限元模型，并对模型进行网格划分。

2.设置约束方程：在ANSYS 中，可以通过“约束”菜单中的“定义”选项来设置约束方程。

在设置约束方程时，需要指定约束类型、约束参数以及约束方程的节点。

3.施加边界条件：在设置约束方程后，还需要对模型施加边界条件，以便进行求解。

4.求解模型：设置好约束方程和边界条件后，可以使用ANSYS 中的“求解”菜单进行求解。

5.后处理：求解完成后，可以使用ANSYS 中的“后处理”菜单对结果进行分析和可视化。

使用合并节点、MPC 接触、节点耦合、约束方程等的一个例子本例简单说明了ANSYS 中的MPC、节点耦合和约束方程的基本用法，并对它们做了初步比较。

一结构概况例题所用结构为一个交叉壳体结构，由两个壳体组成，一个是? 圆柱壳体，半径99.9，另一个是与圆柱壳体交叉的平面壳体，为了便于后续处理，其与圆柱壳体交叉处的半径取为100，即两个壳体在交叉处有0.1 的间隙。

壳体厚度均取为10。

约束条件为圆柱壳体四周固支。

在划分网格时也有意使两个壳体的连接位置具有相同的节点分布，以方便后续处理。

材料性能：弹性模量E = 206000 MPa泊松比μ= 0.3密度ρ= 7.8e-9 T/mm3计算两种情况：1 计算结构的前12 阶固有模态。

2 计算平面壳体承受均布压力1 时的变形和应力。

计算时比较了两个壳体之间的4 种不同连接方式：1 合并一致节点第一种处理方法是使用合并一致节点，即两个壳体为刚性连接；2 使用MPC 接触方式；3 使用节点耦合全部自由度；4 使用约束方程，连接全部自由度。

二创建基本模型：为了方便，首先创建一个基本模型，然后根据所使用的不同方法进行相应的操作。

基本建模的命令流如下：fini/clear!*/FILNAME,ansys_bas,0!*/PREP7!*ET,1,SHELL63!*R,1,10, , , , , ,!*MPTEMP,,,,,,,,MPTEMP,1,0MPDATA,EX,1,,206000MPDATA,PRXY,1,,0.3MPDATA,DENS,1,,7.8e-9!*CYL4, , ,100,-30,200,30,CYL4, , ,99.9,-30,99.9,30, 400!*VDELE, 1!*FLST,2,3,5,ORDE,3FITEM,2,3FITEM,2,5FITEM,2,-6ADELE,P51X, , ,1ADELE, 2, , ,1!*FLST,3,1,5,ORDE,1FITEM,3,1AGEN, ,P51X, , , , ,200, , ,1!*RECTNG,0,600,-25,25,!*FLST,3,1,5,ORDE,1FITEM,3,2AGEN, ,P51X, , , , ,200, , ,1!*FLST,2,2,5,ORDE,2FITEM,2,1FITEM,2,-2AOVLAP,P51X!*FLST,2,4,5,ORDE,3FITEM,2,3FITEM,2,5FITEM,2,-7ADELE,P51X, , ,1!*KWPAVE, 14wpro,,90.000000,ASBW, 4!*KWPAVE, 16ASBW, 2!*LESIZE,ALL,5, , , ,1, , ,1, !*FLST,5,4,4,ORDE,4FITEM,5,3FITEM,5,8FITEM,5,11FITEM,5,-12CM,_Y,LINELSEL, , , ,P51X!*CM,_Y1,LINECMSEL,,_Y!*LESIZE,_Y1, , ,50, , , , ,1 !*FLST,5,4,5,ORDE,4FITEM,5,1FITEM,5,3FITEM,5,-4FITEM,5,8CM,_Y,AREAASEL, , , ,P51XCM,_Y1,AREACHKMSH,'AREA'CMSEL,S,_Y!*MSHKEY,1AMESH,_Y1MSHKEY,0CMDELE,_YCMDELE,_Y1CMDELE,_Y2!*WPSTYLE,,,,,,,,0FLST,5,561,2,ORDE,4 FITEM,5,301FITEM,5,-850FITEM,5,1371FITEM,5,-1381ESEL,S, , ,P51X!*CM,ea,ELEM!*FLST,5,11,2,ORDE,2FITEM,5,-1381ESEL,R, , ,P51X!*ALLSEL,BELOW,ELEM !*CM,e2,ELEM!*FLST,5,12,1,ORDE,12 FITEM,5,1257FITEM,5,1288FITEM,5,1308FITEM,5,1328FITEM,5,1348FITEM,5,1368FITEM,5,1388FITEM,5,1408FITEM,5,1428FITEM,5,1448FITEM,5,1468FITEM,5,1488NSEL,U, , ,P51X!*CM,n2,NODECMSEL,S,EA!*FLST,5,22,2,ORDE,2FITEM,5,565FITEM,5,-586ESEL,R, , ,P51X!*ALLSEL,BELOW,ELEM !*CM,n1,NODECM,e1,ELEM!*CMSEL,U,N1!*CMSEL,S,N1CMSEL,A,N2!*ALLSEL,ALL!*CMSEL,S,N2!*WPSTYLE,,,,,,,,0FLST,5,24,1,ORDE,15 FITEM,5,88FITEM,5,404FITEM,5,453FITEM,5,502FITEM,5,551FITEM,5,600!*FITEM,5,649FITEM,5,698FITEM,5,747FITEM,5,796FITEM,5,845FITEM,5,894FITEM,5,1237FITEM,5,1258FITEM,5,-1268NSEL,R, , ,P51X!*FINISH!*/SOL!*FLST,2,8,4,ORDE,6FITEM,2,1FITEM,2,-2FITEM,2,6FITEM,2,-7FITEM,2,9FITEM,2,-12DL,P51X, ,ALL,!*FLST,2,1,5,ORDE,1FITEM,2,8SFA,P51X,1,PRES,1 !*Allsel!*/PSF,PRES,NORM,2,0,1 /PBF,DEFA, ,1/PIC,DEFA, ,1aplot!*/USER, 1/VIEW, 1, -0.216 , -0.501 , 0.838/ANG, 1, 8.82255250562/AUTO,1/REP,FAST/USER, 1/VIEW, 1, 0.5 , -0.63 , 0. 6/ANG, 1, -48.3642479423/REPLO!*ANTYPE,2!*MODOPT,LANB,12EQSLV,SPARMXPAND,12, , ,0LUMPM,0PSTRES,0!*MODOPT,LANB,12,0,0, ,OFF!*Save在此命令流中，创建了几个component ，以方便后续操作，它们是：ea –两个壳体交叉区域附近的单元；e1 –圆柱壳体交叉区域的单元；n1 –圆柱壳体交叉区域的单元；e2 –平面壳体交叉区域的单元；n2 –平面壳体交叉区域的节点。