很多同學在采用實體單元進行模擬時，需要施加扭矩，然而實體單元節點只有平動自由度，因而不能類似梁單元那般直接施加扭矩，今日水哥就ANSYS中常見的實體單元施加扭矩方法做一個簡單的總結，希望對部分同學能有所裨益！

        實體單元施加扭矩的方法常見思路有兩種：

        一、扭矩實質是矩，是力和力臂的乘積，因而如果要施加扭矩，可以考慮將扭矩折算為力和力臂，直接在相應部分施加力即可。

        二、實體單元之所以不能直接在節點上施加力矩，說白了就是節點無轉動自由度，因而只要我們引入了具有轉動自由度的節點，在進行一定的耦合操作，就可以實現扭矩的輸入。

        第一種思路很簡單，水哥這里就不詳細闡明。這里重點說說第二種思路。

        引入轉動自由度在進行一定的耦合，常見的方法有兩種，一種是cerig剛性區域法，另外一種是mpc184剛性梁法。其實還有一種方法，rbe3，但這種方法較為復雜，這兒不做推薦。

        一、cerig剛性區域法

        cerig 這個命令其實就是建立一定的剛性區域，然后將荷載施加在跟這個剛性區域相連的主節點(master node)上。而具有轉動自由度的節點，我們經常引入質量單元mass21,賦值時候對質量單元賦予很小的質量即可。

       該方法本質上是建立了約束方程，但需要特別注意的是約束方程是線性的，因而該方法只使用于線性問題，對于大變形等非線性問題，該方法并不適用。

       二、MPC184剛性梁法

      剛性梁相信大家并不陌生，其主要引入的單元便是ANSYS中最為特殊的單元MPC184，通過設置單元實常數，使其該單元成為剛性梁，在具體使用過程中，需要在構件中心部分建立一個節點，跟其他受力節點分別形成多根剛性梁，從而形成剛性面，最后直接在構件中心節點施加荷載，通過剛性梁來傳遞荷載。

     該方法適用范圍相對剛性區域法來講更廣，對于大應變分析也能很好的使用。

     下面以一個簡單的例子來簡單演示兩種方法的具體使用過程。

      題目：某長方體塊，材料為鋼材，截面尺寸為10mmX10mmX30mm,一端固定，另一端承受 1 N.m的扭矩，采用上述兩種方法求解該模型。

一、cerig剛性區域法

finish

/clear

/prep7

et,1,solid186

et,2,mass21

r,2,1e-6

mp,ex,1,2.0e5

mp,prxy,1,0.3

mp,dens,1,7850e-12

blc4,,,10,10,30

esize,2

vmesh,all

!=========

*get,nodemax,node,0,num,maxd

n,nodemax+1,5,5,35

type,2

real,2

e,nodemax+1

!===============

!建立剛性區域

nsel,s,loc,z,30

nsel,a,,,nodemax+1

cerig,nodemax+1,all,all

!===================

f,nodemax+1,mz,1e3

nsel,s,loc,z,0

d,all,all,0

!==============

/solu

allsel,all

solve

二、MPC184剛性梁法

finish

/clear

/prep7

et,1,solid186

et,2,mpc184

keyopt,2,1,1

mp,ex,1,2.0e5

mp,prxy,1,0.3

mp,dens,1,7850e-12

blc4,,,10,10,30

esize,2

vmesh,all

!================

*get,nodemax,node,0,num,maxd

n,nodemax+1,5,5,35

nsel,s,loc,z,30

*get,node1,node,0,num,max

*get,node2,node,0,num,min

num1=node1-node2

type,2

e,nodemax+1,node2

*do,i,1,num1

e,nodemax+1,node2+i

*enddo

!=======

/solu

allsel,all

f,nodemax+1,mz,1e3

nsel,s,loc,z,0

d,all,all,0

allsel,all

solve

兩者模型對比情況如下：

 剛性區域模型

剛性梁模型

剛性區域位移云圖

剛性梁位移云圖

剛性區域von mise應力云圖

剛性梁von mise應力云圖

對比上圖可見，兩者結果一致。