耦合与约束方程课件

1、INTRODUCTION TO ANSYS 5.6 - Part 2INTRODUCTION TO ANSYS 5.6 - Part 2Training Manual耦合与约束方程耦合与约束方程INTRODUCTION TO ANSYS 5.6 - Part 2INTRODUCTION TO ANSYS 5.6 - Part 2Training Manual001290耦合与约束方程耦合与约束方程正如在模型中某些节点自由度正如在模型中某些节点自由度(DOF)的约束一样，耦合与约束方程的约束一样，耦合与约束方程用来建立节点与节点的运动关系用来建立节点与节点的运动关系在本章，我们将讨论何时如何来耦

2、合节点自由度或写出约束方程在本章，我们将讨论何时如何来耦合节点自由度或写出约束方程讨论的内容是讨论的内容是:A. 耦合耦合B. 约束方程约束方程C. 练习练习INTRODUCTION TO ANSYS 5.6 - Part 2INTRODUCTION TO ANSYS 5.6 - Part 2Training Manual001290耦合与约束方程耦合与约束方程A. 耦合耦合耦合耦合 是将一组节点强迫具有相同自由度值是将一组节点强迫具有相同自由度值 类似于约束，只不过其自由度值是有求解器计算而的而非有用户指定类似于约束，只不过其自由度值是有求解器计算而的而非有用户指定 例如例如: 如果你耦合了

3、节点如果你耦合了节点1和节点和节点2的的X方向位移方向位移 UX，那么求解器就会，那么求解器就会计算节点计算节点1的的UX，而直接将同样的值赋給节点，而直接将同样的值赋給节点2(即即UX2=UX1) 一个耦合集一个耦合集(coupled set) 就是一组耦合了同一方向自由度的节点组就是一组耦合了同一方向自由度的节点组 你可以任意给定耦合集的号，但一个以上的耦合集中包含相同的自由你可以任意给定耦合集的号，但一个以上的耦合集中包含相同的自由度度INTRODUCTION TO ANSYS 5.6 - Part 2INTRODUCTION TO ANSYS 5.6 - Part 2Training

4、Manual001290应用应用:强迫对称强迫对称无摩擦交接面无摩擦交接面销联结销联结耦合与约束方程耦合与约束方程. 耦合耦合INTRODUCTION TO ANSYS 5.6 - Part 2INTRODUCTION TO ANSYS 5.6 - Part 2Training Manual001290强迫对称面强迫对称面耦合自由度常用于平移或转动对称，这样能保证该平面截面仍为平面耦合自由度常用于平移或转动对称，这样能保证该平面截面仍为平面。例。例如如:建一个圆盘扇区建一个圆盘扇区(周期对称周期对称) ，耦合两个对称边的所有自由度，耦合两个对称边的所有自由度建一个梳状模型的半个建一个梳状模型的

5、半个“齿齿” (平移对称平移对称), 耦合其中一边的所有自由度耦合其中一边的所有自由度对称边界条件耦合这些节点所有自由度 耦合与约束方程耦合与约束方程. 耦合耦合INTRODUCTION TO ANSYS 5.6 - Part 2INTRODUCTION TO ANSYS 5.6 - Part 2Training Manual001290无摩擦交接面无摩擦交接面接触面有时可以用耦合自由度来模拟，只要满足以下条件接触面有时可以用耦合自由度来模拟，只要满足以下条件:表面始终保持接触表面始终保持接触分析是几何上线性的分析是几何上线性的(即小变形即小变形)摩擦是可以忽略的摩擦是可以忽略的两表面的节点类

6、型是一致的两表面的节点类型是一致的做法是，耦合每对重合节点的法向自由度做法是，耦合每对重合节点的法向自由度XY耦合每个节点对的 UY耦合与约束方程耦合与约束方程. 耦合耦合INTRODUCTION TO ANSYS 5.6 - Part 2INTRODUCTION TO ANSYS 5.6 - Part 2Training Manual001290销联结销联结耦合可以用于模拟如铰链和万向节之类的销联结结构耦合可以用于模拟如铰链和万向节之类的销联结结构这是一种可称为力矩释放的手段这是一种可称为力矩释放的手段: 只耦合铰结点的平移自由度而使只耦合铰结点的平移自由度而使转动自由度为自由的转动自由度为

7、自由的例如，如果结点例如，如果结点A是一个铰链，只需将是一个铰链，只需将A点的两个重合的节点点的两个重合的节点UX和和UY的自由度耦合起来，而的自由度耦合起来，而ROTZ不耦合不耦合重合节点，为了清楚起见把它人为分开A耦合与约束方程耦合与约束方程. 耦合耦合INTRODUCTION TO ANSYS 5.6 - Part 2INTRODUCTION TO ANSYS 5.6 - Part 2Training Manual001290如何创建耦合集如何创建耦合集可以有几种方法，究竟选择哪一种有具体应用决定可以有几种方法，究竟选择哪一种有具体应用决定耦合某一方向的一组节点耦合某一方向的一组节点:选

8、择欲耦合的节点选择欲耦合的节点然后用然后用CP命令或命令或 Preprocessor Coupling/Ceqn Couple DOFs.例如，例如， cp,ux,all 将耦合所选节点的将耦合所选节点的X方向自由度方向自由度UX耦合与约束方程耦合与约束方程. 耦合耦合INTRODUCTION TO ANSYS 5.6 - Part 2INTRODUCTION TO ANSYS 5.6 - Part 2Training Manual001290若要耦合重合节点对的自由度，按如下操作若要耦合重合节点对的自由度，按如下操作:首先确定所有欲耦合的节点已全部选择首先确定所有欲耦合的节点已全部选择然后用

9、然后用CPINTF命令或命令或 Preprocessor Coupling/Ceqn Coincident Nodes.例如，例如，cpintf,uy将耦合所有重合节点的将耦合所有重合节点的Y方向自由度方向自由度UY(缺省容差缺省容差 0.0001)耦合与约束方程耦合与约束方程. 耦合耦合INTRODUCTION TO ANSYS 5.6 - Part 2INTRODUCTION TO ANSYS 5.6 - Part 2Training Manual001290耦合有一定距离偏置的节点对，如周期对称问题耦合有一定距离偏置的节点对，如周期对称问题:首先确定所有欲耦合的节点已全部选择首先确定所有

10、欲耦合的节点已全部选择然后用命令然后用命令CPCYC 或菜单或菜单 Preprocessor Coupling/Ceqn Offset Nodes.例如，例如，cpcyc,all,1, 0,30,0将耦合有将耦合有 30 偏置节点的所有自由度偏置节点的所有自由度耦合与约束方程耦合与约束方程. 耦合耦合INTRODUCTION TO ANSYS 5.6 - Part 2INTRODUCTION TO ANSYS 5.6 - Part 2Training Manual001290需要注意的几点需要注意的几点: 耦合集中的所有自由度方向耦合集中的所有自由度方向(UX, UY, 等等)均与均与节点坐标

11、系节点坐标系(nodal coordinate system)一致一致 求解器只保留耦合集中的第一个自由度为主自由度求解器只保留耦合集中的第一个自由度为主自由度(prime DOF)而把其而把其它自由度忽略掉了它自由度忽略掉了 作用在耦合节点上的力全部归总作用在主自由度上作用在耦合节点上的力全部归总作用在主自由度上 在耦合自由度方向的约束只能施加在主自由度上在耦合自由度方向的约束只能施加在主自由度上耦合与约束方程耦合与约束方程. 耦合耦合INTRODUCTION TO ANSYS 5.6 - Part 2INTRODUCTION TO ANSYS 5.6 - Part 2Training Ma

12、nual001290演示演示:恢复恢复DB文件文件sector.db并求解并求解 (无耦合自由度无耦合自由度)设置结果坐标系设置结果坐标系RSYS=1，画剪应力，画剪应力SXY. 注意注意“梁梁 ”的状态的状态(无耦合无耦合自由度自由度)用扩展显示用扩展显示 (点点toolbar中的按钮中的按钮EXPAND12)，然后关闭扩展显示，然后关闭扩展显示进入前处理进入前处理 PREP7 用用CPCYC命令耦合节点命令耦合节点 (Coupling/Ceqn Offset Nodes KCN = 1, DY = 30)求解求解设置结果坐标系设置结果坐标系RSYS=1，画剪应力，画剪应力SXY. 采用扩展

13、显示采用扩展显示耦合与约束方程耦合与约束方程. 耦合耦合INTRODUCTION TO ANSYS 5.6 - Part 2INTRODUCTION TO ANSYS 5.6 - Part 2Training Manual001290耦合与约束方程耦合与约束方程B. 约束方程约束方程约束方程约束方程constraint equation (CE) 是用来定义节点之间自由度的是用来定义节点之间自由度的线性关系线性关系 如果你要耦合两个自由度，其实是最简单约束关系如果你要耦合两个自由度，其实是最简单约束关系UX1 = UX2. CE 是更广义的约束形式，它允许你用一个方程来表达，如：是更广义的约束

14、形式，它允许你用一个方程来表达，如：UX1 + 3.5*UX2 = 10.0.你可以在一个模型中定义任意数目的约束方程你可以在一个模型中定义任意数目的约束方程而且，一个约束方程中可以有任意多个节点合任意多个自由度的组而且，一个约束方程中可以有任意多个节点合任意多个自由度的组合，其一般形式为合，其一般形式为:Coef1 * DOF1 + Coef2 * DOF2 + Coef3 * DOF3 + . = ConstantINTRODUCTION TO ANSYS 5.6 - Part 2INTRODUCTION TO ANSYS 5.6 - Part 2Training Manual001290

15、约束方程的应用约束方程的应用:用于网格不一致界面的连接用于网格不一致界面的连接用于不同单元类型之间的连接用于不同单元类型之间的连接创建刚性区域创建刚性区域提供干涉匹配提供干涉匹配耦合与约束方程耦合与约束方程. 约束方程约束方程INTRODUCTION TO ANSYS 5.6 - Part 2INTRODUCTION TO ANSYS 5.6 - Part 2Training Manual001290连接不一致网格连接不一致网格如果两个已划分网格的物体，在相交面上的节点不一致，那么可以用约束如果两个已划分网格的物体，在相交面上的节点不一致，那么可以用约束方程来连接方程来连接最简单的办法是用最简

16、单的办法是用CEINTF命令命令 (Preprocessor Coupling/Ceqn Adjacent Regions).需要选择一种网格需要选择一种网格(通常是网格较密的一通常是网格较密的一边边)上节点和另一种网格的单元上节点和另一种网格的单元自动计算约束方程中的各个系数和常数自动计算约束方程中的各个系数和常数适合各种实体单元之间的连接适合各种实体单元之间的连接( 2-D or 3-D)耦合与约束方程耦合与约束方程. 约束方程约束方程INTRODUCTION TO ANSYS 5.6 - Part 2INTRODUCTION TO ANSYS 5.6 - Part 2Training M

17、anual001290不同单元类型之间的连接不同单元类型之间的连接如果需要连接有不同自由度的单元类型，你可以通过约束方程来传递载荷如果需要连接有不同自由度的单元类型，你可以通过约束方程来传递载荷:梁与实体单元或梁与垂直的壳单元梁与实体单元或梁与垂直的壳单元壳与实体单元壳与实体单元等等等等用用CE命令命令(Preprocessor Coupling/Ceqn Constraint Eqn)耦合与约束方程耦合与约束方程. 约束方程约束方程INTRODUCTION TO ANSYS 5.6 - Part 2INTRODUCTION TO ANSYS 5.6 - Part 2Training Manual001290创建刚性区域创建刚性区域CEs通常用于把模型的某个部分通常用于把模型的某个部分“凝聚凝聚”成一个刚性区域成一个刚性区域施加在一个节点施加在一个节点(主节点主节点)上的载荷将传递到刚性区域的所有节点上的载荷将传递到刚性区域的所有节点上上用用CERIG命令命令(Preprocessor Coupling/Ceqn Rigid Region).耦合与约束方程耦合与约束方程. 约束方程约束方程INTRODUCTION TO ANSYS 5.6 - Part 2INTRODUCTION TO ANSYS 5.6 - Part 2Training Manual0012