Rbe2的案例
淺談有限元分析中的RBE2與RBE3單元
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1.什么是RBE2和RBE3
在有限元分析中，經常會用到一種類似蜘蛛網形式的單元，大家對這種單元的叫法也都不一，比如rbe2、rbe3、多點約束、剛性單元、柔性單元、耦合等等，筆者這里還是習慣叫它rbe2和rbe3單元。這類單元一般用于施加邊界條件和連接，這篇文章簡要談一談rbe2和rbe3蜘蛛網結構的作用、區別以及使用場景的區別。
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蜘蛛網結構
2.單元特性
rbe2單元
rbe2單元就是常說的剛性單元，不同的求解器對剛性單元有不同的命令或關鍵字，例如在Optistruct和Nastran中以剛性單元以關鍵字rbe2給出。
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在Abaqus中，剛性單元常用*coupling-*Kinematic給出
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而在ANSYS中，剛性單元一般以cerig命令給出
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不同求解器對于rbe2單元的底層數值算法可能略有差異，但其物理表現形式大致相同。都是將主節點與從節點構成一個無限剛度的區域，rbe2單元內部節點間沒有任何相對運動，可以理解為整個rbe2單元形成了一個剛體，其主節點有6個自由度。由于rbe2單元其內部無限剛度的特性，在有限元模型中使用rbe2單元會增加局部剛度，但一般在小范圍內使用rbe2單元幾乎是不會對整體結構產生影響的。
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展開 通過 RBE2 和 RBE3 施加邊界條件（約束和力），有什么不同？
核心差異
剛性與柔性：RBE2提供剛性連接，確保從節點與中心節點之間嚴格的位移和旋轉一致性；而RBE3提供柔性連接，允許從節點有一定的自由度，力和位移可以在從節點之間均勻分配。
應用目的：RBE2多用于需要嚴格控制節點運動一致性的場合，而RBE3更適用于需要均勻分布力或位移，但不希望引入額外剛度的情況。
對結構響應的影響：RBE2由于其剛性特性，可能會在某些情況下影響結構的自然響應；RBE3盡量減少對結構響應的影響，更多地用于力和位移的分配。
RBE3 單元模擬了一種柔性的支撐，而 RBE2 單元模擬的是剛性的支撐。在實際應用中，選擇RBE2還是RBE3取決于特定分析的目的和需求。
歡迎留言批評指正。如果本文存在不夠清晰或準確之處，請您不吝賜教。
個人學習總結，整理不易，未經本人允許請勿搬運。
展開 Rbe2與Rbe3單元的區別 ￥5
Rbe2和Rbe3哪個適合做約束施加中心，哪個適合做載荷施加中心？... 1
問題2. Rbe2和Rbe3力的分配是中心點平均分配到各連接節點上嗎？... 1
問題3. Rbe2和Rbe3中心點不在連接點所在平面的正中心會影響力的分配嗎？... 1
一、主、從點關系... 2
二、連接方法與約束... 2
三、載荷——力... 3
例子1. 兩端分別兩個網格單元，中間用如圖所示的1D單元連接... 3
關于例子1的拓展：... 5
猜想1——例子2. 圓孔中心通過1D單元連接施加力，中心點在圓孔正中心... 5
猜想2——例子3. 圓孔中心通過1D單元連接施加力，中心點不在圓孔正中心... 5
例子4. 圓孔中心通過1D單元連接施加力，力方向垂直于單元法向... 6
例子5. 圓孔中心通過1D單元連接施加力，力方向垂直于單元法向... 7
施力位置在單元平面內 向垂直力的方向偏移... 7
例子6. 圓孔中心通過1D單元連接施加力，力方向垂直于單元法向... 7
施力位置沿單元法向偏移 再沿力的方向偏移... 7
例子7. 實體單元... 8
四、載荷——扭矩... 10
例子8. 扭矩. 10
五、總結... 11
---------------------------------以下正文----------------------------------------
前言
問題1. Rbe2和Rbe3哪個適合做約束施加中心，哪個適合做載荷施加中心？
有經驗的CAE工程師，會建議我們，施加約束時，使用Rbe2單元，施加載荷的時候使用Rbe3單元。
這種說法正確嗎？
為什么？
問題2.
展開 把rbe2轉變為rbe3
建模時候采用了rbe2單元，如果發現不合理，想把rbe2轉變為rbe3又不丟失單元上的載荷，怎么辦？
1D/2D/3D-config edit下選中需要轉換的網格，new config=后面選擇自己需要的網格類型，最后switch一鍵轉換
Plus：載荷可以rbe2 rbe3，固定約束一定rbe2
RBE2與RBE3區別
本帖子用簡單案例，詳細論證了RBE2和RBE3的區別，可以解決很多人的困惑。本帖子非原創，來自網絡下載，現分享出來，僅做技術交流，惠及各位鄰友，不做任何商業目的，若侵犯到原作者的利益，請聯系我刪帖。
關于RBE2單元
新手上路，請教一下：NASTRAN里的RBE2單元在ANSYS里相當于哪種單元？
支持圓孔中心約束(RBE2)！Simright 2018.5.25更新
https://www.simright.com/zh/blogs/simright-2018-5-25-yuankongzhongxin/
更新語錄
本次更新共有2項改進和修復，歡迎大家體驗，多提建議！希望大家支持云端CAE，支持Simright！
2018.5.18-2018.5.25
Simulator(在線結構分析軟件)
1.新增：支持圓孔中心約束(RBE2)。
Toptimizer(在線拓撲優化軟件)
1.修復：修復了設計變量的顯示問題。
⊙還有更多新功能等您來體驗，歡迎大家留言給我們提出寶貴建議
⊙歡迎加入Simright QQ群：576512506
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3分鐘用仿真為機械鍵盤降低成本 無需安裝軟件
Simright
CAE云仿真在線平臺，無需安裝軟件，可在線進行CAE格式轉換，模型預覽，仿真計算及拓撲優化等功能。
展開 白車身有限元模型建模規范
滑動柱1,Dyna采用如上圖所示連接方式；2,Nastran采用RBE2+bush+RBE2連接方式，建立局部坐標系，并把bush單元放到局部坐標系里，bush剛度：平動（徑向）k=1e8N/mm;平動（軸向）k=10N/mm;轉動方向k=1e8N*mm/Rad。
萬向節1,Dyna采用如上圖所示連接方式；2,Nastran采用RBE2+bush+RBE2連接方式，建立局部坐標系，并把bush單元放到局部坐標系里，bush剛度：平動方向k=1e8N/mm;轉動方向k1=k2=10N*mm/RAD;k3=1e8N*mm/Rad。
轉向系統1,Dyna（碰撞模型）轉向管住和齒輪齒條的連接用RBE2抓死，Nastran(NVH模型)采用RBE2+MPC的連接方式。
3.5.0 卡扣的連接關系：
采用RBE2連接方式，釋放3個方向轉動自由度
3.5.1 翻邊做法：
包邊的做法如上圖：取外板最外層一排單元，內板節點跟外板合并，翻邊厚度=2倍外板厚度+1倍內板厚度
4.1 聲腔網格建模標準：
空氣單元大小采用：100*100；形式：六面體
座椅單元大小采用：70*70；形式：六面體
注：座椅跟空氣單元節點合并。
展開 Patran中MPC（多點約束）應用
A:小弟剛學有限元，主要以MSC產品為主，把自己了解的關于MPC的一點見解寫出共享，有錯之處還望各位大蝦指點：
1、加載的時候用到MPC比如扭矩，初始位移等，我現在常用的是RBE2
2、從所了解的資料說RBE2對常用的剛性連接就可用了。
3、有時候約束的添加必須用MPC，以期望近似模擬實際工況，常用的也是RBE2
A:“RBE1,RBE2 的主要區別是，RBE2的Independent 只需定義節點，不必指出自由度，因為它包括了節點的6個自由度，但RBE2的Independent 要定義節點自由度！ ”說的是否不妥，“但RBE2的dependent 要定義節點自由度！”
A:RBAR:表示剛性連接兩個網格節點。
屬性:
1、最大的共同點就是把所有的非獨立自由度固定在一個網格上，把所有的獨立自由度固定在其他網格上。
2、在網格間混合或者匹配非獨立的自由度，但是使用的非常少。
3、這些獨立自由度必須能夠描述剛體單元的運動。
使用舉例：
1、"焊接"兩個模型到一起。
2、鉸鏈接附屬零件。
RBE2:剛性連接一個節點和一個網格，個人認為網格受節點影響。
它與RBE3 的最大區別是RBE3允許連接的被影響網格單元變形，RBE2則不會。
應用舉例：
1、可以用于RBAR使用的場合。
2、“Spider” 或者 “wagon wheel”的連接
3、大質量或者base-drive連接
剛性單元假定剛體運動自由度和所連接的自由度之間保持剛體運動約束，
包括：RROD,RBAR,RTRPLT,RBE1和RBE2等。
而RSPLINE 和RBE3稱為約束單元更為恰當，
因為自由度之間的關系是基于一些假象而不是基于剛體運動。
RSPLINE假設三次樣條插值， RBE3假設指定自由度間的加權平均。
展開 CAE工程分析 | 螺紋連接：仿真分析簡化2
，得到Contact，Bond，Rbe2，Rbe3方式得到的等效變形分別為：2.64um，2.22um，2.00um，2.78um
也就是Bond，Rbe2，Rbe3方式誤差分別為-15.9%，-24.2%，+5.3%，因此對于該模型，單從變形結果精度排序是：Rbe3＞Bond＞Rbe2
范圍區別
綁定接觸是通過螺栓頭和被連接件的實際接觸面建立，連接范圍為螺栓頭部下端面，而rbe2和rbe3是通過節點耦合方式建立，因此連接范圍是人為可調的，如下所示：
由于不同連接范圍對應不同局部變形程度，只要找到最合適的連接范圍，就能從該參數上去修正不同連接方式產生的局部變形程度
為了使得結果更加具有規律性，這里以螺栓孔徑D作為基本值，分別計算rbe2和rbe3連接范圍為1.1D，1.2D，1.3D，1.4D，1.5D，1.6D下接觸面的變形結果：
Rbe2
Rbe3
將不同連接范圍結果的接觸面RMS值與標準RMS值進行繪制：
根據曲線結果，該尺寸模型大致可以估測：rbe2連接方式，耦合范圍約為1.2D~1.25D時局部剛度比較準確；rbe3連接方式，耦合范圍約為1.6D~1.7D時局部剛度比較準確
當然上述初步結論僅僅是基于文中所述模型，還需要進行多輪模型對比才能得到更具有普遍性的規律（并且還未考慮墊圈作用），這里暫不深究
來源于： 仿真求知之路 作者：聰聰
展開 CAE前處理 | 轉軸類連接
4、總結
通過上面的探討，我們了解了實現轉軸類結構模擬的基本途徑，以及各種方法的優缺點和注意事項：
①rbe2使用起來較為方便，但是一定要注意rbe2操作的是從節點不是主節點；
②rbe3不像rbe2單元剛性那么大，自由度釋放上相對不容易出錯，但是需要注意rbe3盡量不要和rbe2共同使用，要不然容易兩種單元的主從節點打架；
③beam單元由于X軸為軸向，所以傾斜轉軸不需要調整，但是需要分辨beam兩端節點，并且不要過度釋放自由度；
④cbush單元可以通過削弱剛度來實現轉軸模擬，但是注意cbush的rigid不是真的rigid，0不是真的0；
⑤opti求解器中的運動副單元不適合在線性分析體系下使用，所以一定得謹慎驗證其特點再使用。
來源于仿真求知之路 ，作者ansys-聰聰
展開 
關于mpc(續)
例如，將節點1的X方向位移定義為節點2、節點3和節點4X方向位移的函數。
多點約束常用于表征一些特定的物理現象，比如剛性連接、鉸接、滑動等，多點約束也可用于不相容單元間的載荷傳遞，是一項重要的有限元建模技術。但是，建立明確的、能夠正確描述各種現象的多點約束方程是非常不容易的。
對應于不同的分析解算器和分析類型，Patran支持的多點約束類型是不同的。以Nastran的結構分析為例，則共有12種類型的多點約束.其中Explicit：用于定義某節點的位移與其它若干節點位移的函數關系，該函數是一個一次多項式。
A:小弟剛學有限元，主要以MSC產品為主，把自己了解的關于MPC的一點見解寫出共享，有錯之處還望各位大蝦指點：
1、加載的時候用到MPC比如扭矩，初始位移等，我現在常用的是RBE2
2、從所了解的資料說RBE2對常用的剛性連接就可用了。
3、有時候約束的添加必須用MPC，以期望近似模擬實際工況，常用的也是RBE2
A:“RBE1,RBE2 的主要區別是，RBE2的Independent 只需定義節點，不必指出自由度，因為它包括了節點的6個自由度，但RBE2的Independent 要定義節點自由度！ ”說的是否不妥，“但RBE2的dependent 要定義節點自由度！”
A:RBAR:表示剛性連接兩個網格節點。
屬性:
1、最大的共同點就是把所有的非獨立自由度固定在一個網格上，把所有的獨立自由度固定在其他網格上。
2、在網格間混合或者匹配非獨立的自由度，但是使用的非常少。
3、這些獨立自由度必須能夠描述剛體單元的運動。
使用舉例：
1、"焊接"兩個模型到一起。
2、鉸鏈接附屬零件。
RBE2:剛性連接一個節點和一個網格，個人認為網格受節點影響。
展開 螺紋連接:仿真分析簡化
但是影響的變形范圍存在差異
下面詳細提取被連接件表面變形數據:
通過變形曲線可以得到:
①不同連接方式差異主要體現在接觸區，接觸區外變形的相對誤差均在可接受范圍內
②接觸區域變形程度:Rbe3>實際接觸>Bond>Rbe2
為了更加量化去對比不同方式在接觸區域的差異，以接觸區域RMS變形作為接觸面等效壓縮變形，得到Contact，Bond，Rbe2，Rbe3方式得到的等效變形分別為:2.64um，2.22um，2.00um，2.78um
也就是Bond，Rbe2，Rbe3方式誤差分別為-15.9%，-24.2%，+5.3%，因此對于該模型，單從變形結果精度排序是:Rbe3>Bond>Rbe2
二、范圍區別
綁定接觸是通過螺栓頭和被連接件的實際接觸面建立，連接范圍為螺栓頭部下端面，而rbe2和 rbe3是通過節點耦合方式建立，因此連接范圍是人為可調的，如下所示:
由于不同連接范圍對應不同局部變形程度，只要找到最合適的連接范圍，就能從該參數上去修正不同連接方式產生的局部變形程度
為了使得結果更加具有規律性，這里以螺栓孔徑D作為基本值，分別計算rbe2和rbe3連接范圍為1.1D，1.2D，1.3D，1.4D，1.5D，1.6D下接觸面的變形結果:
Rbe2
Rbe3
將不同連接范圍結果的接觸面RMS值與標準RMS值進行繪制:
根據曲線結果，該尺寸模型大致可以估測:rbe2連接方式，耦合范圍約為1.2D~1.25D時局部剛度比較準確:rbe3連接方式，耦合范圍約為
1.6D~1.7D時局部剛度比較準確
展開 Adams 自動創建柔性工具ViewFlex使用
新建marker點，用來指定連接點的位置及RBE2的范圍，此處直接導入marker_ref.cmd文件，自動創建7個大地的marker。
5 選擇第一個連接點，定義選擇方式是圓柱，連接類型RBE2，半徑8mm，在end location中選擇marker_1000092，選擇symmetric，點擊Transfer IDs。這樣軟件就會將1000091-1000092之間創立半徑8mm的圓柱，并對稱到另一側，將此圓柱內的節點都作為dependent node，與1000091一起創建RBE2單元。
圖2 指定連接點界面
同理，選擇第二個連接點，選擇方式圓柱，連接類型RBE2，半徑8mm，end_location處選擇marker_1000094，選擇symmetric，選擇Transfer IDs。
同理，選擇第三個連接點，選擇方式圓柱，連接類型RBE2，半徑5mm，end_location處選擇marker_1000096，選擇symmetric，選擇Transfer IDs。
同理，選擇第四個連接點，選擇方式球，連接類型RBE2，半徑10mm，選擇Transfer IDs。
點擊ok，創建成功。
對于某些失敗情況，可查看f06文件，排查問題。若是網格問題，則需檢查網格設置參數。
圖3 柔性體擺臂
6 進行同樣的仿真，并保存為柔體，進行結果對比。
附件：
viewflex.7z
展開 CAE前處理 | 轉軸類連接
4、總結
通過上面的探討，我們了解了實現轉軸類結構模擬的基本途徑，以及各種方法的優缺點和注意事項：
①rbe2使用起來較為方便，但是一定要注意rbe2操作的是從節點不是主節點；
②rbe3不像rbe2單元剛性那么大，自由度釋放上相對不容易出錯，但是需要注意rbe3盡量不要和rbe2共同使用，要不然容易兩種單元的主從節點打架；
③beam單元由于X軸為軸向，所以傾斜轉軸不需要調整，但是需要分辨beam兩端節點，并且不要過度釋放自由度；
④cbush單元可以通過削弱剛度來實現轉軸模擬，但是注意cbush的rigid不是真的rigid，0不是真的0；
⑤opti求解器中的運動副單元不適合在線性分析體系下使用，所以一定得謹慎驗證其特點再使用。
文章來源于：仿真求知之路 作者：聰聰
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