剛體約束的案例
ABAQUS中剛體約束介紹
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 剛體的對稱約束
</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 abaqus學習總結2-論壇整理
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 
CAE黑話：自由度(DOF)/多點約束(MPC)/剛體位移
?? 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, ROTY, ROTZ)。約束 (Boundary Condition) 的本質就是限制某些節點的DOF。DOF過少導致欠約束，計算報“奇異”；DOF過多導致過約束，結果失真。
2??
剛體
位移 (
Rigid Body
Motion, RBM) 模型在不受應變的情況下發生的整體位移。如果在全模型上未施加足夠的位移約束，導致某個方向的剛體位移未被“鎖住”，求解器就會報錯。比如：一根沒有固定點的梁，無論給多大的載荷，它都會發生無窮大的剛體位移，導致計算不收斂。
3?? 多點約束 (Multi-Point Constraint,
MPC
) 一種通過數學方程定義節點之間運動關系的約束。它不同于直接給節點設為0的簡單約束。
剛性連接 (Rigid Body/RBE2): 一個從節點的所有DOF都完全跟隨一個主節點。
柔性連接 (Interpolation/RBE3): 將力或力矩分配到多個從節點上，不引入剛度，僅傳遞運動。
常用場景: 螺栓連接、軸承支承、實體-殼網格過渡、多體裝配。
??技術鄰-大奎原創，禁止搬運
展開 ABAQUS中七大約束類型
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。
展開 基于ABAQUS顯式動力學和隱式動力學的彎管成型加工分析 ￥50
前卡與坯料的頭部采用綁定約束（Tie）。
3. 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。固定胎模與前卡的剛體約束點除了胎模軸心方向旋轉自由度以外的所有自由度，軸心方向的旋轉自由度（本例為UR2）設置為彎管需要的彎曲角度，本例為-1.57弧度。
注意：UR2載荷的幅值曲線采用smooth step，這一點在顯式動力學分析中極為重要，采用smooth step可以平滑載荷的一次導和二次導，以避免引入過大的慣性效應。
smooth step 幅值曲線
網格劃分：
離散剛體可以采用R3D4和R3D3單元，坯料建議采用S4R單元，離散剛體的網格大小要大于坯料為宜，建議1.5倍。
計算結果對比：
左邊式顯式動力學分析結果，質量縮放系數25，計算時間0.5小時；右邊是隱式動力學分析結果，計算時間為3.5小時。
分別為Mises應力，等效塑性應變以及厚度分析結果
編輯
跳轉
編輯
跳轉
檢查一下顯式動力學分析過程中內能和動能，顯然動能遠低于內能，分析結果可以接受。
總結：顯式動力學和隱式動力學對于都可以應用于求解彎管成型加工問題，當然也可以用于其他的金屬成型問題分析。
展開 汽車充氣輪胎的路面滾動模擬(流固耦合)（附ANSYS命令流&模型文件）
四、輪轂模型建立
輪轂模型為剛體構件，因此采用多點約束模型對相應節點進行剛體約束建立，如圖將輪轂上的節點與輪胎中心點采用多點約束建立剛體約束。
五、輪胎與路面接觸模型建立
將輪胎外表面單元定義為CONTA174單元，將路面定義為TARGE170單元，建立面面接觸。
材料參數
材料定義主要涉及：輪胎的超彈性材料，氣體材料，輪胎內加強纖維材料。
輪胎橡膠材料（Mooney-Rivlin超彈性材料）
氣體材料
輪胎纖維加強材料(鋼)
邊界&載荷條件
約束輪胎中心節點的所有自由，由于輪轂節點與輪胎中心節點為剛體約束，也就是說，輪轂被約束。
求解設置
/soluantype,trans
!solcontrol,on,on
pscontrol,all,off
nlgeom,on
trnopt,full, , , , ,HHT
tintp,0.15 !amplitude decay factor or numerical damping
本文載荷加載的關鍵在于對流體靜力學單元（HSFLD242）的理解，篇幅有限，關于HSFLD242單元這里不詳細展開，有興趣的朋友可以私信互相交流學習。
載荷步1（靜態）：模擬車輛重力，施加1噸重力，靜力學計算，關閉瞬態效應。
這里進行非線性計算需要用cnvto命令設置收斂值。
展開 我在PROE里已經定義好剛體和約束了，下面怎么把模型導到ADAMS中
RT
關于ABAQUS耦合溫度-位移傳熱分析記錄 ￥9999
另外就是前面提到的剛體約束rigid body（給探頭的）。
Load：在PENE模型的load僅有一個上覆荷載P=50kpa，三個邊界條件：土體底部位移全固定，右邊界水平位移=0，探頭設置一個參考點，初始固定全部位移，pene分析步設置幅值勻速貫入。由于預定義場要在initial分析步創建，因此在PENE模型中的Predefined Field要定義：初始溫度場、孔隙比場、應力場。土體：初始溫度+孔隙比+應力，探頭：初始溫度，一共4個預定義場。
Mesh：網格劃分的很丑好在能跑。不建議學我的。
Job：終于來到了作業，建立一個test-pene的job文件（要考的，記清楚），CPU拉滿開始算。結束可以收獲test-pene.odb。OK啊朋友們，PENE模型結束掉了。
展開 Abaqus顯式動力學入門案例-丟金幣/擲骰子
因為對于動力學分析來說，不管是剛體還是柔性體，都有慣性效應
分析步使用動力，顯式分析步。
這里如果使用自動的話，會自動按照材料中應力波傳播的速率計算穩定時間增量。本案例作為顯式動力學的入門，全部零件設置為剛體，因此由用戶指定時間增量大小。
在Abaqus里，指定材料為剛體有多種方式。可以在部件模塊處就將材料定義為剛體，也可以先定義成柔性體，然后在相互作用這里使用剛體約束將材料定義為剛體。
而顯式動力學中定義接觸的方式也比隱式分析要簡單。在顯式分析中，只需要定義一個全局的通用接觸，general_contact即可。軟件會自動在所有單元的表面都覆蓋上一層接觸單元。
載荷模塊，底部固定，全局施加重力載荷，然后在鋼镚的剛體約束參考點處，施加一個角速度的預定義場。
可以看到，雖然用了30000個增量步，但總計算時長只有不到1分鐘。顯式動力學每個時間增量步的計算開銷確實非常低。
結果——
夭壽啦w(?Д?)w！鋼镚居然摔下去了 掉落無盡深淵……
我們來把轉速改小一點再試試。順便修改一下場輸出和歷程輸出的時間間隔。
嗯，作為一個動畫來說，這回幀數夠用了，而且也成功地沒有掉下去。學會Abaqus顯式，真的可以把它當大型通用動畫軟件來玩?(? ? ??)
03
擲個骰子
剛才那個鋼镚模型建立的不夠細致，沒分出正反面。下面這個骰子模型就更進一步，把點數一起畫了出來。
和丟鋼镚模型一樣，全部零件都約束為剛體，在整個模型上添加通用接觸。載荷只有一個重力，讓骰子自由下落。只是它們的初始下落角度比較隨意。
展開 
Abaqus插件|Beam_analysis使用說明
功能簡介
Beam_analysis是團隊開發的一款Abaqus受彎梁受力分析插件，可實現混凝土、鋼筋、箍筋、壓頭等部件創建、鋼筋籠裝配、受彎梁裝配、分析步設置、跨中力-位移曲線歷程輸出、鋼筋與混凝土之間約束、混凝土與壓頭之間約束、壓頭剛體約束、載荷及邊界條件、材料彈性參數等功能一鍵設置，使用此插件用戶僅需要劃分網格即可提交計算，可大大節約使用者的重復建模時間，同時避免了建模細節錯誤可能造成的不收斂情況。
插件獲取方式：當前為測試階段，掃描關注公眾號在《Abaqus插件|Beam_analysis使用說明》文章下留下郵箱，為前3位免費發放，前4~20位待正式版公布后半價出售。
2. 插件主要功能
1. 部件創建：混凝土、受力筋、箍筋、壓頭參數化建模(三維實體)
2. 材料參數設置：混凝土、受力筋、箍筋、壓頭彈性材料參數預設置，便于修改
3.鋼筋籠裝配：受力筋與箍筋裝配成鋼筋籠，同時可考慮構件端部鋼筋加密
4.受彎梁構件裝配：鋼筋籠、壓頭與混凝土之間裝配
5. 分析步設置：靜力通用分析步，最大增量步數10000，增量步初始0.01，最小1E-10，最大0.1
6. 歷程輸出設置：輸出兩個加載壓頭的反力與位移及跨中位移，方便輸出跨中力-位移曲線
7. 約束設置：壓頭剛體約束，壓頭與混凝土面-面接觸、鋼筋籠與混凝土嵌入約束
8. 邊界條件及載荷設置：加載壓頭默認以位移控制加載1mm，支座約束按簡支梁約束設置
基于以上功能，用戶僅需要劃分網格即可完成受彎梁受力分析！
3.
展開 基于ABAQUS輥壓成形仿真模擬 ￥1
輥壓成形分析：
（1）底座和輥輪為先設置為可變形體，后續將其約束為剛體
（2）量綱：t-mm
前處理：
1幾何模型的構建：ABAQUS建模-底座、輥輪和板料
2.材料參數定義：根據實際自行定義
（1）創建材料
（2）創建截面
（3）截面指派
3.網格系統的構建：
（1）裝配
（2）網格劃分
（3）單元類型選擇：C3D8R
求解：
1.求解器的設定
（1）求解器：質量縮放加快求解
（3）輸出設定保持默認
2.連接關系的構建
（1）接觸屬性：摩擦系數0.2
（2）接觸關系：輥輪和底座與板料接觸部位為主面，板料上下面為從面
（3）約束：底座及其參考點、輥輪及其參考點都設置為剛體約束
3.邊界條件的設定
（1）位移邊界條件：底座完全固定，板料約束X方向和Z方向的位移，加快求解；輥輪設置其轉動速度和Z方向的位移速度。
后處理：
圖1 Mises應力云圖
圖2 等效塑性應變云圖
仿真動畫
模型及其分析過程僅供參考，距實際工程應用仍存在不足。
展開 abauqs-剛體釋義 ￥3
剛體分類。
剛體計算優勢。
剛體設定。
剛體約束
螺栓連接鈑金應力的CAE評價方法
因此，調查了螺栓孔周圍節點的約束條件對螺栓傳播載荷的影響。圖5表示的是變更螺栓孔FE節點的剛體約束數量時的變形圖和螺栓傳播載荷的解析結果。隨著約束節點數量的減少，前面的螺栓載荷Q2會減少，后面的螺栓載荷Q1y會增加，還有鈑金下端的位移也會增加。螺栓截面的接觸變形不能用Beam螺栓近似模型表現，因此以往的螺栓孔的全部節點用剛性約束來處理的方法對螺釘傳遞載荷會帶來誤差。
鈑金變形受到螺栓孔周圍的約束狀態的影響。這等同于FEM解析精度受到螺栓孔邊界條件的影響。螺栓孔的邊界條件就是螺栓模型自身，從變形解析精度的角度來驗證或者進行開發螺栓模型是今后很重要的課題。
4 結言
為了同時滿足螺栓連接鈑金的應力解析的高精度和高效率，本文提案了代替關于FEM應力評價的復雜的接觸計算的CAE方法：先利用簡單的螺栓模型計算螺釘傳遞載荷，然后通過接觸力學的應力計算模型來計算接觸部的應力集中。本文中提倡的Ciavarella and Decuzzi的應力計算模型是利用解析解得到應力，因此能夠保證計算精度的同時，計算也非常簡單。并且、知道了用Beam模型來近似螺栓模型，對FEM鈑金変形的解析精度、即螺螺釘傳遞載荷帶來一定的影響。該影響進行定量地評價或者改善螺栓模型是以后的研究課題。而且，本論文中沒有充分討論的Mises應力最大值的數值算法也是以后繼續研討的內容。還有，包括橫向載荷的螺栓連接鈑金的解析方法的構筑也是作為今后的開發課題。
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