ansys中耦合的作用以及詳細解釋

2017-03-27 by:CAE仿真在線來源:互聯網

節點耦合可以模擬螺栓連接,他表示兩者并不是一體,但某一方向的運動是一致的

當需要迫使兩個或多個自由度(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主自由度和一個或多個其他自由度。耦合只將主自由度保存在分析的矩陣方程里,而將耦合集內的其他自由度刪除。計算的主自由度值將分配到耦合集內的所有其他自由度中支。耦合的用途主要有以下幾種:

●在兩重復節點間形成萬向節、鉸鏈、銷釘以及滑動連接。其原理是僅僅耦合三個平動自由度(ux,uy,uz)為鉸接,耦合三個平動(ux,uy,uz)和兩個轉動(如RotX,RotY)則等于釋放一個轉動自由度為銷接,其他情形如此類推。

●耦合自由度用于施加循環對稱約束條件或重復循環對稱約束條件,保證截面始終保持原始形狀。例如在循環對稱模型中,將圓盤扇區模型的兩個對稱邊界上的對應節點,在各個自由度上耦合;在鋸齒形模型的半齒形模型(重復循環對稱)中,需要將一側邊上所有節點的每個自由度進行耦合處理。

●實現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點自由度,切線方向自由度不耦合

●如果將模型中局部區域內的一部分節點都耦合起來,等于在該局部區域形成一個局部剛體(類似于約束方程中的剛性區)。

Couple DOFs:耦合節點間的單個自由度,用該命令生成一個耦合節點集之后,通過執行一個另外的耦合操作(保證用相同的參考編號集)將更多節點加到耦合集中來。也可用選擇邏輯來耦合所選節點的全部耦合。可用CP命令輸入負的節點號來刪除耦合集中的節點。要修改一耦合自由度集(即增、刪節點或改變自由度標記)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,彈出拾取節點對話框,用鼠標選取參與耦合的節點,至少兩個節點以上,單擊OK按鈕彈出圖所示定義耦合對話框,在Set reference number項輸入唯一的沒有占用的新耦合序列號,在Degree-of-freedom label下拉列表中選中某個自由度或者ALL(表示所有自由度),然后單擊OK按鈕執行耦合操作。用途是:主要用于耦合節點間的部分自由度,常見的情況是實現鉸接、銷接、萬向節等連接處理。

ANSYS的耦合命令

1 耦合

當需要迫使兩個或多個自由度取得相同(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主自由度和一個或多個其它自由度。

典型的耦合自由度應用包括:

?模型部分包含對稱;
?在兩重復節點間形成銷釘、鉸鏈、萬向節和滑動連接;
?迫使模型的一部分表現為剛體。

如何生成耦合自由度集

1.在給定節點處生成并修改耦合自由度集
命令:CP
GUI: Main Menu>Preprocessor>Coupling / Ceqn>Couple DOFs
在生成一個耦合節點集之后,通過執行一個另外的耦合操作(保證用相同的參考編號集)將更多節點加到耦合集中來。也可用選擇邏輯來耦合所選節點的相應自由度。用CP命令輸入負的節點號來刪除耦合集中的節點。要修改一耦合自由度集(即增、刪節點或改變自由度標記)可用CPNGEN命令。(不能由GUI直接得到CPNBGEN命令)。

2.耦合重合節點。
CPINTF命令通過在每對重合節點上定義自由度標記生成一耦合集而實現對模型中重合節點的耦合。此操作對“扣緊”幾對節點(諸如一條縫處)尤為有用。
命令:CPINTF
GUI: Main Menu>Preprocessor>Coupling / Ceqn>Coincident Nodes

3.除耦合重復節點外,還可用下列替換方法迫使節點有相同的表現方式:
o如果對重復節點所有自由度都要進行耦合,常用NUMMRG命令(GUI:Main Menu>Preprocessor>Numbering Ctrls>Merge Items)合并節點。
o可用EINTF命令(GUI:Main Menu> Preprocessor>Create> Elements >At Coincid Nd)通在重復節點對之間生成2節點單元來連接它們。
o用CEINTF命令(GUI:Main Menu>Preprocessor> Coupling/Ceqn >Adjacent Regions)將兩個有不相似網格模式的區域連接起來。這項操作使一個區域的選定節點與另一個區域的選定單元連接起來生成約束方程。
生成更多的耦合集

一旦有了一個或多個耦合集,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點號但與已有模式集不同的自由度標記生成新的耦合集。
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)節點編號但有相同的自由度標記的新的耦合集:
命令:CPSGEN
GUI: Main Menu>Preprocessor>Coupling / Ceqn>Gen w/Same DOF

使用耦合注意事項
1.每個耦合的節點都在節點坐標系下進行耦合操作。通常應當保持節點坐標系的一致性。
2.自由度是在一個集內耦合而不是集之間的耦合。不允許一個自由度出現在多于一個耦合集中。
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,只有主節點的自由度才能被指定為主自由度。
5.在結構分析中,耦合自由度以生成一剛體區域有時會引起明顯的平衡破壞。不重復的或不與耦合位移方向一致的一個耦合節點集會產生外加力矩但不出現在反力中。

2約束方程

約束方程提供了比耦合更通用的聯系自由度的方法。有如下形式:

這里U(I)是自由度,N是方程中項的編號。
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

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

圖12-1建立旋轉和平移自由度的關系

如果不用約束方程則節點2處表現為一個鉸鏈。下述方法可在梁和平面應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項:
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,必須在求解前在PREP7中用使CE命令(或相應GUI途徑)。
2.自動生成約束方程

生成剛性區域
CERIG命令通過寫約束方程定義一個剛性區域。通過連接一主節點到許多從節點來定義剛性區。(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設置為ALL(缺省),此操作將為每對二維空間的約束節點生成三個方程。這三個方程在總體笛卡爾空間確定三個剛體運動(UX、UY、ROTZ)。為在二維模型上生成一個剛性區域,必須保證X─Y平面為剛性平面,并且在每個約束節點有UX、UY和ROTZ三個自由度。類似地,此操作也可在三維空間為每對約束節點生成六個方程,在每個約束節點上必須有(UX、UY、UZ、ROTX、ROY和ROTZ)六個自由度。

輸入其它標記的Ldof域將有不同的作用。如果此區域設置為UXYZ,程序在二維(X,Y)空間將寫兩個約束方程,而在三維空間(X、Y、Z)將寫三個約束方程。這些方程將寫成從節點的平移自由度和主節點的平移和轉動自由度。類似地,RXYZ標記允許生成忽略從節點的平移自由度的部分方程。其它標記的Ldof將生成其它類型的約束方程。
總之,從節點只需要由Ldof標記的自由度,但主節點必須有所有的平移和轉動自由度(即二維的UX、UY和ROTZ;三維的UX、UY、UZ、ROTX、ROTY、ROTZ)。對由沒有轉動自由度單元組成的模型,應當考慮增加一個虛擬的梁單元以在主節點上提供旋轉自由度。

將疏密不同的已劃分網格區域連在一起
可將一個區域(網格較密)的已選節點與另一個區域(網格較稀)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。

這項操作將不相容網格形式的區域“系”在一起。在兩區域的交界處,從網格稠密的區域選擇節點A,從網格粗糙區域選擇單元B,用區域B單元的形函數,在相關的區域A和B界面的節點處寫約束方程。ANSYS允許這些節點位置使用兩公差準則。節點在單元之外超過第一公差就認為節點不在界面上。節點貼近單元表面的距離小于第二公差則將節點移到表面上,見下圖。

對CEINTF命令有些限制:應力或熱通量可能會不連續地穿過界面。界面區域的節點不能指定位移。可用每節點有六個自由度的單元接合6自由度實體。

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的節點編號將增加以生成另外的約束方程集。另外約束方程集的標記和系數保持與原集的一致。
命令:CESGEN
GUI: Main Menu>Preprocessor>Coupling / Ceqn >Gen w/same DOF
使用約束方程的注意事項
所有的約束方程都以小轉動理論為基礎。因此,它應用在大轉動分析中〔NLGEOM〕應當限制在約束方程所包含的自由度方向無重大變化的情況。
約束方程的出現將產生不可預料的反力和節點力結果。
由于相鄰區域網格疏密不同,邊界上的相容性仍然存在。但是當網格越密,這種不相容的危害就越小。