多點(diǎn)約束
關(guān)注創(chuàng)建者：芷行說(shuō) 創(chuàng)建時(shí)間：2021-04-16
多點(diǎn)約束的視頻教程
abaqus實(shí)體-梁?jiǎn)卧瑢?shí)體-實(shí)體單元，梁-梁?jiǎn)卧q接設(shè)置
使用多點(diǎn)約束MPC，實(shí)現(xiàn)實(shí)體-梁?jiǎn)卧瑢?shí)體-實(shí)體單元，梁-梁?jiǎn)卧q接如何設(shè)置，實(shí)體單元梁彎矩曲線怎么提取？
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基于Hypermesh_Nastran_Femfat汽車結(jié)構(gòu)模態(tài)、剛度、強(qiáng)度和疲勞仿真分析
主要有以下邊界條件：約束（單點(diǎn)約束SPC、多點(diǎn)約束MPC）等、載荷（集中力、均布力、力矩）等。 三、 仿真分析 以Nastran軟件作為模態(tài)、剛度、強(qiáng)度和振動(dòng)分析仿真工具，以Femfat軟件作為電池包振動(dòng)疲勞仿真工具，建立有限元仿真分析模型，最終使用Hyperview軟件實(shí)現(xiàn)了對(duì)汽車零部件模態(tài)、剛度、強(qiáng)度和振動(dòng)疲勞等工況分析結(jié)果查看。
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多點(diǎn)約束的實(shí)例教程
當(dāng)所有的輸入都完成之后，單擊“Apply ”按鈕，就完成了一個(gè)多點(diǎn)約束的建立，屏幕上將以一個(gè)紫紅色的小圓和若干條連接依賴節(jié)點(diǎn)和獨(dú)立節(jié)點(diǎn)的線段表示出來(lái)。
來(lái)源：(http://blog.sina.com.cn/s/blog_4cc64cb701000dac.html) - Patran中MPC（多點(diǎn)約束）應(yīng)用_守豬待兔_新浪博客
在多個(gè)版本的 ANSYS MAPDL和ANSYS Mechanical（Workbench）中，已經(jīng)可以選擇將運(yùn)動(dòng)學(xué)多點(diǎn)約束（或MPCs）用于線性接觸公式。在MAPDL中，該設(shè)置相對(duì)隱藏在KEYOPT(2)之下，但在Mechanical的“Details”菜單中的“Formulation” 下拉菜單中很容易找到。
在我們深入探討使用多點(diǎn)約束接觸的優(yōu)勢(shì)之前，讓我們先回顧一下默認(rèn)（純罰函數(shù)）粘結(jié)的含義。粘結(jié)接觸是一種基于接觸連接的線性形式。兩個(gè)物體之間基于線性罰函數(shù)的接觸連接必須在一個(gè)物體上有接觸單元，在另一個(gè)物體上有目標(biāo)單元。接觸單元和目標(biāo)單元就像一層皮膚一樣位于每個(gè)物體實(shí)體單元的外表面上。
接觸單元和目標(biāo)單元沒(méi)有實(shí)際的自由度，它們依附于所連接的實(shí)體單元。在每個(gè)載荷增量的開(kāi)始，接觸單元會(huì)搜索在其關(guān)注范圍內(nèi)的任何目標(biāo)單元，該范圍由接觸對(duì)的 “pinball radius”（搜索半徑）設(shè)置定義。接觸單元在法向具有剛度，該剛度定義了兩個(gè)物體之間的連接。你可以把接觸單元想象成一種膠水，將物體粘在一起。這種膠水的剛度就是法向接觸剛度。所以，盡管有“粘結(jié)”的定義，但兩個(gè)物體之間的連接仍然存在一定的柔性，如下所示，一個(gè)簡(jiǎn)單測(cè)試模型的接觸剛度與產(chǎn)生的間隙的關(guān)系圖說(shuō)明了這一點(diǎn)：
相比之下，用于粘結(jié)接觸的MPC公式不會(huì)為連接計(jì)算剛度。MPC連接在接觸面上和目標(biāo)面上的實(shí)體單元之間使用剛性約束方程，以實(shí)現(xiàn)真正的粘結(jié)連接。連接位置仍然使用接觸單元的搜索半徑確定，但在此之后，接觸單元將被內(nèi)部約束方程所取代。MPC方法具有以下優(yōu)點(diǎn)：
? 約束方程消除了接觸面和目標(biāo)面上節(jié)點(diǎn)處的自由度。這減小了問(wèn)題的規(guī)模，不過(guò)你可能需要密切關(guān)注所使用的求解器方法。在使用約束方程時(shí)，某些求解器的表現(xiàn)優(yōu)于其他求解器。
展開(kāi) ?? CAE黑話科普：DOF、MPC與剛體位移 (工程師實(shí)戰(zhàn)篇)
CAE新人常聽(tīng)到的這三個(gè)詞，是理解有限元分析（FEA）約束的核心。
1??
自由度
(
Degree of Freedom
,
DOF
) 節(jié)點(diǎn)能運(yùn)動(dòng)的獨(dú)立方向。3D結(jié)構(gòu)中，一個(gè)節(jié)點(diǎn)通常有6個(gè)自由度：3個(gè)平動(dòng) (UX, UY, UZ) 和 3個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng) (ROTX, ROTY, ROTZ)。約束 (Boundary Condition) 的本質(zhì)就是限制某些節(jié)點(diǎn)的DOF。DOF過(guò)少導(dǎo)致欠約束，計(jì)算報(bào)“奇異”；DOF過(guò)多導(dǎo)致過(guò)約束，結(jié)果失真。
2??
剛體
位移 (
Rigid Body
Motion, RBM) 模型在不受應(yīng)變的情況下發(fā)生的整體位移。如果在全模型上未施加足夠的位移約束，導(dǎo)致某個(gè)方向的剛體位移未被“鎖住”，求解器就會(huì)報(bào)錯(cuò)。比如：一根沒(méi)有固定點(diǎn)的梁，無(wú)論給多大的載荷，它都會(huì)發(fā)生無(wú)窮大的剛體位移，導(dǎo)致計(jì)算不收斂。
3?? 多點(diǎn)約束 (Multi-Point Constraint,
MPC
) 一種通過(guò)數(shù)學(xué)方程定義節(jié)點(diǎn)之間運(yùn)動(dòng)關(guān)系的約束。它不同于直接給節(jié)點(diǎn)設(shè)為0的簡(jiǎn)單約束。
剛性連接 (Rigid Body/RBE2): 一個(gè)從節(jié)點(diǎn)的所有DOF都完全跟隨一個(gè)主節(jié)點(diǎn)。
柔性連接 (Interpolation/RBE3): 將力或力矩分配到多個(gè)從節(jié)點(diǎn)上，不引入剛度，僅傳遞運(yùn)動(dòng)。
常用場(chǎng)景: 螺栓連接、軸承支承、實(shí)體-殼網(wǎng)格過(guò)渡、多體裝配。
??技術(shù)鄰-大奎原創(chuàng)，禁止搬運(yùn)
展開(kāi) A:多點(diǎn)約束（MPC，Multi-Point Constraint）是對(duì)節(jié)點(diǎn)的一種約束，即將某節(jié)點(diǎn)的依賴自由度定義為其它若干節(jié)點(diǎn)獨(dú)立自由度的函數(shù)。例如，將節(jié)點(diǎn)1的X方向位移定義為節(jié)點(diǎn)2、節(jié)點(diǎn)3和節(jié)點(diǎn)4X方向位移的函數(shù)。
多點(diǎn)約束常用于表征一些特定的物理現(xiàn)象，比如剛性連接、鉸接、滑動(dòng)等，多點(diǎn)約束也可用于不相容單元間的載荷傳遞，是一項(xiàng)重要的有限元建模技術(shù)。但是，建立明確的、能夠正確描述各種現(xiàn)象的多點(diǎn)約束方程是非常不容易的。
對(duì)應(yīng)于不同的分析解算器和分析類型，Patran支持的多點(diǎn)約束類型是不同的。以Nastran的結(jié)構(gòu)分析為例，則共有12種類型的多點(diǎn)約束.其中Explicit：用于定義某節(jié)點(diǎn)的位移與其它若干節(jié)點(diǎn)位移的函數(shù)關(guān)系，該函數(shù)是一個(gè)一次多項(xiàng)式。
A:小弟剛學(xué)有限元，主要以MSC產(chǎn)品為主，把自己了解的關(guān)于MPC的一點(diǎn)見(jiàn)解寫(xiě)出共享，有錯(cuò)之處還望各位大蝦指點(diǎn)：
1、加載的時(shí)候用到MPC比如扭矩，初始位移等，我現(xiàn)在常用的是RBE2
2、從所了解的資料說(shuō)RBE2對(duì)常用的剛性連接就可用了。
3、有時(shí)候約束的添加必須用MPC，以期望近似模擬實(shí)際工況，常用的也是RBE2
A:“RBE1,RBE2 的主要區(qū)別是，RBE2的Independent 只需定義節(jié)點(diǎn)，不必指出自由度，因?yàn)樗斯?jié)點(diǎn)的6個(gè)自由度，但RBE2的Independent 要定義節(jié)點(diǎn)自由度！ ”說(shuō)的是否不妥，“但RBE2的dependent 要定義節(jié)點(diǎn)自由度！”
A:RBAR:表示剛性連接兩個(gè)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)。
屬性:
1、最大的共同點(diǎn)就是把所有的非獨(dú)立自由度固定在一個(gè)網(wǎng)格上，把所有的獨(dú)立自由度固定在其他網(wǎng)格上。
2、在網(wǎng)格間混合或者匹配非獨(dú)立的自由度，但是使用的非常少。
3、這些獨(dú)立自由度必須能夠描述剛體單元的運(yùn)動(dòng)。
使用舉例：
1、"焊接"兩個(gè)模型到一起。
展開(kāi) 當(dāng)宏觀有限元模型和精 細(xì)化有限元模型分別建立時(shí)，主要考慮邊界條件的轉(zhuǎn)換問(wèn)題，二者的連接可采用多邊界插值法、雙重 子模型法、子模型法等方法；當(dāng)宏觀有限元模型和精細(xì)化有限元模型混合建立時(shí)，是不同維度單元的連接問(wèn)題，二者之間的連接通常采用多點(diǎn)約束法[8-9]。
多點(diǎn)約束法是將一種節(jié)點(diǎn)自由度的耦合關(guān)系建立的多點(diǎn)約束方程，能處理線性及非線性的約束 問(wèn)題，包含梁類型約束、線性約束、鉸結(jié)約束、綁定約束等。對(duì)于復(fù)雜的約束可以通過(guò)設(shè)置自由度矩陣來(lái)實(shí)現(xiàn)連接關(guān)系[10]。多點(diǎn)約束法的基本表達(dá)式如公 式（1）。
其中 uB 和 up 分別為單元界面連接處的節(jié)點(diǎn)位移向量，C 為界面連接約束方程的系數(shù)矩陣。
通過(guò)圖 1 可以直觀了解線性約束的原理，c 點(diǎn)被 a、b 兩點(diǎn)通過(guò)自由度線性插值的方式約束著。將宏觀有限元模型與局部精細(xì)化有限元模型建立在同一個(gè)模型中，通過(guò)多點(diǎn)約束法進(jìn)行連接過(guò)渡的多尺度有限元模型被認(rèn)為是計(jì)算精度最好且計(jì)算成本最少的方法。
2 矩形截面簡(jiǎn)支梁的算例驗(yàn)證
為了全面比較梁?jiǎn)卧Ｐ团c多尺度有限元模型的計(jì)算優(yōu)劣，以及驗(yàn)證多點(diǎn)約束法在多尺度有限 元模型計(jì)算中的有效性以及正確性，建立 1 個(gè)矩形截面簡(jiǎn)支梁，分別采用 MIDAS 軟件和 ABAQUS 軟件進(jìn)行分析計(jì)算 。矩形截面梁 B×H=300 mm × 400 mm，總長(zhǎng)度 L=6 000 mm，材料彈性模量 1.93× 105 MPa，泊松比 0.3，容重 79 kN/m3 。荷載為結(jié)構(gòu)自 重及跨中區(qū)域 500 kN 集中力。采用 MIDAS 軟件對(duì) 簡(jiǎn)支梁進(jìn)行建模分析，模型見(jiàn)圖 2，網(wǎng)格劃分見(jiàn)表1， 計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表 2。
展開(kāi) 
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多點(diǎn)約束的最新內(nèi)容
3?? 多點(diǎn)約束 (Multi-Point Constraint,
MPC
) 一種通過(guò)數(shù)學(xué)方程定義節(jié)點(diǎn)之間運(yùn)動(dòng)關(guān)系的約束。它不同于直接給節(jié)點(diǎn)設(shè)為0的簡(jiǎn)單約束。
剛性連接 (Rigid Body/RBE2): 一個(gè)從節(jié)點(diǎn)的所有DOF都完全跟隨一個(gè)主節(jié)點(diǎn)。
10 月 24 日（周五）下午，Ansys 總部院士朱永誼博士首次線下開(kāi)講，帶來(lái)四大“黑科技”：
1
混合多點(diǎn)約束
“一個(gè)接觸對(duì)”自動(dòng)識(shí)別固體-殼任意組合，依局部幾何秒選最優(yōu)約束，無(wú)需手動(dòng)修正偏移或?qū)R法向，前處理更省力，結(jié)果更精準(zhǔn)。
ViewFlex功能本質(zhì)上是將MSC Nastran SOL103的對(duì)應(yīng)功能嵌入Adams環(huán)境中，利用網(wǎng)格劃分以及外聯(lián)點(diǎn)定義的模板程序，輔助工程師更為快速地實(shí)現(xiàn)柔性體生成、外聯(lián)點(diǎn)多點(diǎn)約束定義、運(yùn)動(dòng)副替換等工作，不需要工程師具備深厚的有限元功底，即可高效地完成剛?cè)狁詈夏Ｐ偷膭?chuàng)建。
?
1.什么是RBE2和RBE3
在有限元分析中，經(jīng)常會(huì)用到一種類似蜘蛛網(wǎng)形式的單元，大家對(duì)這種單元的叫法也都不一，比如rbe2、rbe3、多點(diǎn)約束、剛性單元、柔性單元、耦合等等，筆者這里還是習(xí)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(jiǎn)要談一談rbe2和rbe3蜘蛛網(wǎng)結(jié)構(gòu)的作用、區(qū)別以及使用場(chǎng)景的區(qū)別。
?
在多個(gè)版本的 ANSYS MAPDL和ANSYS Mechanical（Workbench）中，已經(jīng)可以選擇將運(yùn)動(dòng)學(xué)多點(diǎn)約束（或MPCs）用于線性接觸公式。在MAPDL中，該設(shè)置相對(duì)隱藏在KEYOPT(2)之下，但在Mechanical的“Details”菜單中的“Formulation” 下拉菜單中很容易找到。
提高了 Dual Domain 分析的翹曲準(zhǔn)確性
在 Dual Domain 分析中，多點(diǎn)約束可保持頂面和底面上的變形一致。使用 Dual Domain 網(wǎng)格技術(shù)的翹曲分析的準(zhǔn)確性取決于這些多點(diǎn)約束方程。在新版本中，多點(diǎn)約束方程已通過(guò)更正橫向位移的插值關(guān)系得到改進(jìn)。此更改可能會(huì)在所有 Dual Domain 翹曲工況中導(dǎo)致結(jié)果出現(xiàn)細(xì)微變化。
扭矩作用點(diǎn)位置在垂直于攪拌軸的槳葉旋轉(zhuǎn)軸線上，以多點(diǎn)約束的形式在中心軸線兩槳葉中心點(diǎn)之間的中間點(diǎn)位置施加。對(duì)兩個(gè)槳葉工作面分別創(chuàng)建rb2連接，耦合點(diǎn)在攪拌軸軸線上；然后對(duì)兩槳葉的耦合點(diǎn)之間（中心位置）創(chuàng)建rb2連接，扭矩加載在該連接點(diǎn)上。扭矩設(shè)置為20KN.m，即2000000N.mm。
在AEH/Ivory的輸入數(shù)據(jù)文件中，多點(diǎn)約束方程包含了圖像的影響方程。這些方程將圖像的運(yùn)動(dòng)與系統(tǒng)中所有光學(xué)元件的運(yùn)動(dòng)聯(lián)系起來(lái)。然后可以在MSC Nastran中確定基于影響方程的探測(cè)器處的圖像運(yùn)動(dòng)。
然后，將初始AEH/Ivory輸入數(shù)據(jù)文件導(dǎo)入Patran，以顯示光學(xué)元件和圖像之間的關(guān)系，以及如果任何元件移動(dòng)，它將如何導(dǎo)致圖像移動(dòng)。
焊腳與動(dòng)、靜簧 片之間，靜簧 片與動(dòng)簧 片之間均采用MPC(多點(diǎn)約束)單元來(lái)等效。
在AEH/Ivory的輸入數(shù)據(jù)文件中，多點(diǎn)約束方程包含了圖像的影響方程。這些方程將圖像的運(yùn)動(dòng)與系統(tǒng)中所有光學(xué)元件的運(yùn)動(dòng)聯(lián)系起來(lái)。然后可以在MSC Nastran中確定基于影響方程的探測(cè)器處的圖像運(yùn)動(dòng)。
然后，將初始AEH/Ivory輸入數(shù)據(jù)文件導(dǎo)入Patran，以顯示光學(xué)元件和圖像之間的關(guān)系，以及如果任何元件移動(dòng)，它將如何導(dǎo)致圖像移動(dòng)。
