剛體約束
關注創建者：匿名 創建時間：2022-06-24
剛體約束的視頻教程
Hypermesh-Abaqus聯合仿真-2D軸對稱模型
一、課程簡介 二、Hypermesh前處理 單元劃分——坐標要求、梯度網格 材料設置——超彈泡棉 屬性設置——沙漏控制 剛體設置——基于實體單元的剛體約束 接觸對設置——基于2D單元的surface 隱式分析步設置 對稱邊界條件設置——變形體約束、剛體參考點約束 場輸出設置 三、后處理及建模關鍵要點 系統坐標系與軸對稱模型坐標系對照關系 單元法向的要求 四、inp文件結構解析
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abaqus連接關系的應用-拉窗簾
利用abaqus對拉窗簾過程進行了模擬，本案例主要學習在abaqus中連接關系的應用，包括剛體約束，耦合約束，約束法則的選用，接觸和自接觸的設定；另外，本案例應用了membrane單元，講解了在abaqus中如何定義薄膜單元，案例操作詳細，期待大家的五星好評。
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剛體約束的實例教程
上一期我們介紹了ABAQUS中離散剛體和解析剛體，其實除了通過在Part部分定義剛體部件的方式外，還可通過剛體約束來實現剛體的模擬，這個也有朋友在上一期的文章留言中提到，今天就來介紹一下剛體約束的定義方式。
剛體約束，顧名思義是在Interaction模塊中定義約束，基本思路是在組裝好的模型中通過一個參考點來約束控制一個區域的自由度。詳細操作如下：
1
進入Interaction模塊，點擊Create Constraint，選擇Rigid body，點擊Continue。
2
進入Edit Constraint界面，如下圖所示。
3
在Rigid type中點擊選擇需要定義約束的目標類型。
Body類型為選擇剛體約束中被約束的幾何區域或單元；
Pin為鉸接約束，在被選擇的剛體區域中，節點只具有平動自由度，旋轉不受約束；
Tie類型中，剛體區域的節點的平動和轉動自由度均被約束住；
Analytical Surface則是配合解析剛體來定義相關的解析面。
4
選擇被約束區域的類型后，點擊右側的箭頭，選擇剛體約束中被約束的區域，可以是一個Part，也可是已經提前定義好的set或surface區域。
5
在Reference Point中點擊箭頭，選擇剛體約束中的控制點，該點需提前通過Create Reference Point功能定義好控制參考點。
展開 </p><p><strong>我們強烈建議您不要將節點約束（例如，通過 *BOUNDARY_SPC_OPTION）應用于剛體的節點，因為在顯式模擬的情況下，這樣做可能會損害預期的約束。在隱式模擬中將跳過此類 SPC 并發出警告。</strong></p><p><br></p><p><br></p><p><strong>所以要使用*MAT-RIGID材料所帶的約束（剛體也就6個自由度）</strong></p><p><strong>通過將CMO設置為1，CON1控制xyz的位移，CON2控制xyz方向的旋轉。</strong></p><div contenteditable="false" width="100%"><figure class="figure-image" data-img="https://img.jishulink.com/202412/attachment/eef1b799920b40c7b53731ffbcf97bc5.png" style="text-align: center"><img src="https://img.jishulink.com/202412/attachment/eef1b799920b40c7b53731ffbcf97bc5.png"></figure></div><p><br></p>
展開 參考點對于離散剛體和解析剛體部件，參考點必須在PART模塊里面定義。而對于剛體約束，顯示休約束，耦合約束可以在PART ,ASSEMBLY,INTERRACTION,LOAD等定義參考點.
PART模塊里面只能定義一個參考點，而其它的模塊里面可以定義很多個參考點。
離散剛體：可以是任意的形狀，無需定義材料屬性，要定義參考點，要劃分網格。
解析剛體：只能是簡單形狀，無需定義材料屬性，要定義參考點，不需要劃分網格。
剛體約束的部件：要定義材料屬性，要定義參考點，要劃分網格。
顯示體約束的部件:要定義材料屬性，要定義參考點，不需要要劃分網格(ABAQUS/CAE會自動為其要劃分網格)。
剛體與變形體比較:剛體最大的優點是計算效率高，因為它在分析作業過程中不參與所在基于單元的計算，此外，在接觸分析，如果主面是剛體的話，分析更容易收斂。
剛體約束和顯示體約束與剛體部件的比較：剛體約束和顯示體約束的優點是去除約束后，就可以立即變為變形體。
剛體約束與顯示體約束的比較:剛體約束的部件會參與計算，而顯示約束的部件不會參與計算，只是用于顯示作用。
一般分析步與線性攝動分析步：
一般分析步：每個分析步的開始狀態都是前一個分析步結束時刻的模型狀態; 如果不做修改的話，前一個分析步所施加的載荷，邊界條件，約束都會延續到當前的分析步中;所定義的載荷，邊界條件以及得到的分析結果都是總量。
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圖為場輸出變量設置
五、相互作用
在戒指中心的圓心位置創建RP（參考點），并對戒指創建剛體約束，剛體約束參考點為創建的參考點。
接觸屬性選擇切向接觸，摩擦系數penalty取0.05。
創建通用接觸general contact，接觸屬性選擇剛才創建的接觸屬性，特別注意的是，在surface property中進行設置如圖設置。
圖為通用接觸屬性界面
為了使項鏈重量更重，模擬效果更好，在整個項鏈上創建非結構質量。
圖為非結構質量設置
六、載荷與邊界條件
在戒指上端施加固定約束條件。
整個模型施加豎直向下的重力載荷。
在戒指剛體約束參考點上施加預定義角速度場。
邊界條件示意圖
角速度預定義場參數設置，此處特別注意轉軸的坐標位置通過戒指剛體約束參考點。
七、網格
使用C3D8R對戒指進行網格劃分，使用T3D2單元對項鏈進行網格劃分。
八、提交運算
新建job，提交分析。
九、問題思考
1、項鏈材料參數中的dampling對計算結果是否有影響？有何影響？
2、非結構質量參數的作用是什么？對計算結果的影響？
3、通用接觸設置是的surface property應如何設置？
通過修改模型參數，進行對比分析很容易理解上述問題，歡迎下載本例源cae文件試一試吧
本例cae文件的網格可根據計算機能力進行修改，可提高運算效率，更方便對比分析
如有問題歡迎留言討論吧
展開 1.tie -綁定約束：作用是將模型的兩部分區域綁定在一起，二者之間不發生相對運動，相當 于焊在一起。
2.rigid body--剛體約束--使一個模型區域剛體化，這個區域可以是一系列節點，單元等 ，剛體域內節點，單元不發生相對運動，跟隨指定的參考點發生剛體位移。
3.display body--顯示體約束 不參與分析，不劃分網格。和剛體約束一樣，可整體發生剛性位移。
4 耦合約束--coupling 和控制點配合使用，可分為運動耦合和分布耦合，運動耦合指約束區域內的耦合節點相對于控制點的剛體運動；分布耦合主要是通過控制點給約束區域內的耦合節點傳遞力或力矩。
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?? CAE黑話科普：DOF、MPC與剛體位移 (工程師實戰篇)
CAE新人常聽到的這三個詞，是理解有限元分析（FEA）約束的核心。
1??
自由度
(
Degree of Freedom
,
DOF
) 節點能運動的獨立方向。3D結構中，一個節點通常有6個自由度：3個平動 (UX, UY, UZ) 和 3個轉動 (ROTX
要求：
網格一致（最好共享相同拓撲與節點）；
時間軸覆蓋（力學步的時間點應落在熱步范圍內，或可插值）；
參考溫度一致（材料模型中的 與初始溫度設置一致）；
邊界與最小約束合理，去除剛體模態。
3.
First model：PENE
Part&Property&Assembly：為了后續進行傳熱，探頭要采用變形體，但是顯然不對的，這里我做了兩個改變：（1）把彈性模量拉到很大；（2）給探頭整體一個剛體約束，避免探頭本身的變形。
剛體約束（Rigid body）。如下圖所示。
將前卡和胎模一起約束到RP-1點，RP-1點位于胎模的圓心位置
滑板和芯棒可以約束到不在剛體上的任意點位置
邊界條件：在step1分析步，固定滑板和芯棒的剛體約束點所有自由度。
得到各個節點的位移分量如下圖 12，將其作為邊界條件施加到小片上，如圖 13在邊界的8個節點分別施加了對應的位移條件，如BC-1為U3=1，UR1=4，UR2=-3，同時為了不讓整個小片產生剛體位移，約束U1=0，U2=0，UR3=0。
12) 摩擦約束的局限性：不要依賴摩擦力來約束剛體的平動和轉動，而應根據實際工程情況定義盡可能多的邊界條件，因為在分析初期接觸關系尚未建立，摩擦力無法起到約束作用。
13)“零主元”和“過約束”警告：這些警告可能由約束不足或過多引起。
</strong></p><p><br></p><p><br></p><p><strong>所以要使用*MAT-RIGID材料所帶的約束（剛體也就6個自由度）</strong></p><p><strong>通過將CMO設置為1，CON1控制xyz的位移，CON2控制xyz方向的旋轉。
驗證邊界條件和載荷：檢查邊界條件和實際負載場景，確保有足夠約束防止剛體運動模式。
研究網格質量和元素變形：提高網格質量，重新網格化單元變形過度區域，注意接觸面二次元可能引發負特征值。
檢查收斂行為：解合理收斂時，非收斂迭代中的負特征值可忽略。
考慮數值穩定技術：人工阻尼或粘度在某些情況下有助于緩解問題，但使用要謹慎。
此外，還需創建刀具參考點與刀具剛體約束。
六、邊界條件設置
設置刀具速度和轉速邊界條件
歐拉計算域需進行初始材料填充，1為初始有材料，0為初始無材料
刀具與工件設置初始溫度25℃（即認為環境溫度為25℃）
七、劃分網格并提交計算
刀具網格尺寸1mm，網格類型為C3D4T，工件網格尺寸1mm，網格類型為EC3D8RT。
該約束可以應用于耦合節點上相對于全局或局部坐標系的用戶指定的自由度。
