abaqus 連接單元的案例
Abaqus 中連接單元的使用技巧
考慮到在定義連接單元屬性時，可以在相對運動分量上定義多種連接單元行為，在本例中在可用的相對運動分量UR1上定義彈性行為D44=50N.mm/rad。設(shè)定CEF為連接單元的歷史輸出變量。它用來表示連接單元的彈性力F及彈性力矩M。它不同于連接單元的反作用力和反作用力矩。分析結(jié)果：
通過計算，平衡時參考點坐標的Y方向的值為6.53mm。故此時的力矩為Mload=10N*6.53mm=65.3N.mm，CEM1=D44*CUR1=50*1.3=65.322 N.mm，外載荷所產(chǎn)生的力矩Mload與連接單元的彈性力矩CEM1是相等的。連接單元的反作用力與外載荷也達到了平衡，即系統(tǒng)的力也達到了平衡。
abaqus中連接單元的使用.pdf
展開 采用ABAQUS連接單元等效建筑隔震支座，實現(xiàn)二維、三維隔震分析。
采用ABAQUS連接單元等效建筑基礎(chǔ)隔震支座，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)二維、三維隔震分析。水平自由度可實現(xiàn)雙線性恢復力模型等，豎向自由度可實現(xiàn)彈簧恢復力模型、具有耗能能力的摩擦彈簧恢復力模型等。
奇妙的abaqus hinge 連接器單元（一）
為什么同一個hinge 連接器，調(diào)換一下順序就發(fā)生這么多奇怪的事情，發(fā)現(xiàn)這個現(xiàn)象的時候，內(nèi)心是不是和躺在地上的洛基一樣懵圈。。。
在《奇妙的abaqus hinge 連接器單元（二）》里我們嘗試解答吧。
Abaqus利用梁單元模擬螺栓連接 附基于ABAQUS對螺栓斷裂問題仿真分析下載
來源：仿真學習與應(yīng)用
螺栓連接是結(jié)構(gòu)連接的一種主要方式，在CAE分析中經(jīng)常遇到，針對不同的情況，通常我們會采取不同的方法來處理。螺栓的模擬在Abaqus也有幾種不同的處理方式。
（1）建立三維實體的螺栓模型，包括螺紋結(jié)構(gòu)；
（2）建立三維實體的螺栓模型，忽略螺紋結(jié)構(gòu)；
（3）建立三維實體的螺栓模型，由Abaqus自帶的螺紋接觸定義方式設(shè)置螺紋接觸；
（4）利用梁單元或者桿單元模擬螺栓。
本次以梁單元模擬螺栓為例，簡單闡述其應(yīng)用。利用梁單元模擬螺栓與實體螺栓相比優(yōu)勢比較明顯，模型簡單、接觸定義簡單、收斂容易，同時梁單元也能有效反應(yīng)螺栓的受力情況，在很多情況下比較適用。
螺栓的模擬通常需要考慮預緊力的作用，利用CAE方法模擬螺栓預緊力的過程主要由三個載荷步完成，下面的例子會涉及。
建立如下所示的模型，三個部件，兩塊板和一根梁，其中梁是一個3D wire，建立一條線即可。
圖1
材料屬性定義的時候，梁單元需要指定梁截面，如下圖所示。
圖2
梁的截面形狀可以根據(jù)需要指定，本次為圓形截面，半徑為10，如下圖所示。
圖3
同時，梁單元還需要指定方向，通過菜單欄Assign-Beam Section Orientation，給出其中的n1向量，這里注意，梁的軸向是由向量t表示的，n1和n2兩個向量決定梁截面，其中t向量和n1、n2兩個向量決定的平面垂直。
本次定義n1向量為0,0,-1，最終梁的方向定義完成如下所示。
圖4
之后利用Interaction模塊下面的Constraint將梁與相關(guān)位置建立MPC連接，如下所示。
圖5
梁單元的兩端節(jié)點分別與螺栓螺帽位置處的節(jié)點進行MPC連接，連接形式可以由多種，這里選擇Beam連接。
展開 
奇妙的abaqus hinge 連接器單元（二）
hinge 連接器單元的實質(zhì)
hinge連接器單元實際上是兩種簡單連接器的復合：join連接器以及revolute連接器。
Join 連接器約束了兩點之間的相對位置關(guān)系，revolute連接器約束了兩點之間的旋轉(zhuǎn)關(guān)系，兩者結(jié)合就是hinge——只存在一個方向的相對轉(zhuǎn)動，其他五個相對自由度均被約束的運動關(guān)系。在abaqus中，定義基礎(chǔ)連接器join和revolute的結(jié)合（下圖左），與直接定義hinge（下圖右），效果是一毛一樣的。
join+revolute
hinge
分別了解revolute 和join，就能了解hinge的約束機制。
revolute 連接器
REVOLUTE 連接器等效實體與約束原理圖如上，它約束兩個節(jié)點（a\b）之間的兩個相對旋轉(zhuǎn)，并允許一個自由旋轉(zhuǎn)。 REVOLUTE 連接施加的兩個運動約束是：
且
兩個約束等效為一個，即a點的1軸和b點的1軸平行。
定義revolute時，需要定義兩個點a、b，以及兩點上的局部坐標軸，在CAE界面，orientation 1代表a點坐標軸，orientation 2代表b點坐標軸，通常會定義b點與a點初始坐標軸一致，此時初始角度為0。
重點是，a、b點不是絕對對等的，abaqus默認a點為連接器左端點，b點是連接器的右端點。左端點坐標軸1沿軸向指向端面內(nèi)部，右端點b坐標軸1沿軸向指向端面外部。連接器上扭矩（或者扭轉(zhuǎn)位移）的正負符合經(jīng)典力學中對扭矩正負的定義——在端面上滿足右手定則指向端面外側(cè)為正，如下圖：
因此，在定義了a、b和兩個局部坐標時，就等于間接定義了力矩的正方向：在a點，扭矩滿足右手定則并背離1軸正方向為正，在b點，扭矩滿足右手定則并指向1軸正方向為正。
兩點a、b就是定義線特征的point1、2。
展開 Abaqus中連接單元的使用技巧
多體系統(tǒng)是由多個剛體和柔體構(gòu)成，各個實體之間具有一定的約束關(guān)系和相對運動關(guān)系，abaqus可以模擬多實體之間的運動狀況和相互作用關(guān)系。得到所關(guān)系部位的位移、速度、加速度、力、力矩等相關(guān)信息。如果模型中還包含柔體，還可以得到柔體上的應(yīng)力和應(yīng)變的分析結(jié)果。Abaqus模擬多體系統(tǒng)的基本思路是：通過2節(jié)點連接單元在模型的各個實體間建立連接，并通過定義連接屬性來描述各部分之間的相對運動關(guān)系和約束關(guān)系。
實例分析
一、問題描述
半徑為3.5mm的軸，在其一端有一個半徑為25mm，厚度為0.5mm的帶孔圓盤。軸線方向為全局坐標系的3方向，圓盤所在平面與軸線垂直，圓盤繞軸轉(zhuǎn)動，圓盤與軸都是剛體，要求模擬圓盤的旋轉(zhuǎn)過程。如下圖所示：
二、狀態(tài)及分析結(jié)果
1、邊界條件：固定軸的參考點。使圓盤的頂部的點由A0移動到A1處（即在全局坐標系的1方向上移動了10mm）。設(shè)定CU、CRF為歷史變量
分析結(jié)果：
通過分析可知，模型中節(jié)點的最大位移為10.42mm。兩個連接點之間只有繞局部坐標系1方向上的旋轉(zhuǎn)，故Cu1、Cu2、Cu3、CR2、CR3等于0。CR1=0.41rad。
由于在模型中沒有施加載荷，因此連接單元的反作用力和反作用力矩都近似為0。
若在設(shè)置邊界條件時，同時選中U2，U3等自由度會造成模型的過約束，如圖 5所示。
過約束模型的結(jié)果如圖 6所示，從結(jié)果的數(shù)量級上可以看出反作用力和反作用力矩較大。
2、邊界條件：刪除在圓盤剛體參考點上施加的位移邊界條件，為連接單元中可用的相對運動分量UR1設(shè)定邊界條件為-0.41rad。
分析結(jié)果：
通過對比分析結(jié)果可知，對圓盤頂點施加位移和對連接單元的可運動分量施加位移邊界條件的效果是一樣的。
展開 ANSYS不同單元類型連接專題（一）Solid-Beam單元的連接
不同單元類型連接，對初學者來說一直是個困擾，筆者在學習ANSYS的時候，也遇到了這個問題。今天開始，筆者將對ANSYS不同單元類型連接開設(shè)一個專題，仔細和大家說說不同單元類型，到底該怎么連。
我們知道，相同自由度的單元（如Beam-Shell）進行連接時，可以直接使用共節(jié)點連接；而不同自由度的單元連接時，需要建立約束方程。
注意：單元自由度的異同有兩個含義，即單元的自由度個數(shù)和自由度的物理意義。
為了給大家進行軟件操作演示，筆者隨便瞎編亂造了一個結(jié)構(gòu)：橫截面為10mm×10mm，長度為200mm的方形梁，底端開了一個直徑為5mm的孔，模型如下。
我們知道，細長結(jié)構(gòu)，我們可以使用Beam單元進行分析，可偏偏有好事者在一個完美的梁結(jié)構(gòu)上開了個孔，這樣直接導致我們無法對其整體使用Beam單元了，那這樣的結(jié)構(gòu)我們該如何處理呢？提供以下兩種方法：
方法一：對整個結(jié)構(gòu)使用Solid單元進行分析；
方法二：孔附近使用Solid單元，其余位置使用Beam單元。這樣就引入了不同單元類型連接的問題。
為了比較不同單元類型連接后的精度，筆者建立了兩個靜力學項目：一個是全部使用Solid單元進行分析的模型
solid；另一個是使用Solid單元和Beam單元連接起來分析的
solid_beam。
打開workbench，建立兩個靜力學項目，分別命名為“solid”和“solid-shell”，并導入建立的幾何模型。
一、solid-beam計算。
展開 ANSYS不同單元類型連接專題（二）Solid-Beam單元的連接（類型二）
通過對比兩次計算的結(jié)果發(fā)現(xiàn)：
1）全部使用Solid單元進行分析和使用Solid單元和Beam單元連接起來進行分析，
計算結(jié)果幾乎完全一致；（整體應(yīng)力最大數(shù)值的大小和位置，使用solid單元計算存在應(yīng)力奇異，不進行比較）。
2）使用Solid單元和Beam單元建模和全部使用solid單元進行建模相比，節(jié)點數(shù)量大大減少，
顯著
降低了計算量。
三、連接原理。
詳見上篇文章
《ANSYS不同單元類型連接專題（一）Solid-Beam單元的連接》。
至此，本文完結(jié)。
歡迎大家點擊在看和轉(zhuǎn)發(fā)支持！掃描二維碼關(guān)注公眾號，一起聊聊力學和有限元那點兒事。
展開 ANSYS各類型單元連接專題講解（二）之桿與梁殼體單元的連接
前一篇文章主要介紹了單元之間連接的主要原則，今天開始主要從具體方面講解連接方法。
按照桿、梁、殼、實體的順序，先說說桿單元與各單元的連接方法。
那么什么時候需要用到桿單元與各種單元的連接呢？水哥稍微列舉下實際工程中需要考慮此類連接的例子。
案例一：工業(yè)廠房
此類結(jié)構(gòu)一般橫向跨度較大，屋頂采用鋼結(jié)構(gòu)形式，在具體模擬屋架時，此時各個桿件可看成鉸接，采用桿單元模擬。而下方框架柱則采用梁單元進行模擬，在相交部位則需要用到桿單元與梁單元的連接。
案例二：門廳鋼結(jié)構(gòu)雨棚
在具體模擬該結(jié)構(gòu)時，雨棚上方拉桿采用桿單元模擬，而下方的鋼梁采用梁單元模擬，混凝土框架柱可采用實體單元模擬。
一直以來，桿單元一般用于模擬桁架結(jié)構(gòu)的時候比較多，其特點是桿件兩端不考慮承受彎矩作用，節(jié)點只有平動自由度，是所有單元中最為簡單的一種。
桿單元分為2D桿單元和3D桿單元，2D桿單元節(jié)點只有Ux和Uy兩個平動自由度，而3D桿單元除了這兩個，還有Uz。其他單元，梁單元、殼單元、體單元都包含了這三個自由度，且具有相同的物理意義，按照前面一篇文章所介紹的連接總則，桿單元與其他單元連接時只需要共用節(jié)點即可，無需建立約束方程。
下面是一個簡單的類似雨棚案例，注意本案例各構(gòu)件尺寸僅為演示操作需要所擬，未經(jīng)仔細推敲，各工程大佬可忽略。
某屋外雨棚平面簡化模型如上，長度為4m，折算荷載為10 KN/m，雨棚梁采用工字型鋼I40，系桿截面面積為238.64mm^2，材料均為Q235，采用ANSYS模擬該結(jié)構(gòu)。
下面為建模過程
!
展開 ANSYS各類型單元連接專題講解(五)之3D梁單元與殼單元剛接
例如采用ANSYS模擬一個多層混凝土框架結(jié)構(gòu)，一般除計算整體指標外，我們在計算具體荷載作用時（如風荷載、地震作用、恒載、活載等），樓板一般采用彈性版，此時可用殼單元模擬，主梁、次梁采用梁單元模擬，此時變?yōu)榱?em>單元包含在殼面內(nèi)的情況，當然此類情況是否需要考慮截面偏置，可根據(jù)具體工程而定。
對這中梁單元包含在殼單元面內(nèi)的情況，只需要將梁單元與殼單元共用節(jié)點即可，而無須格外建立約束方程。
三、梁單元在殼單元內(nèi)但不包含
此種情況為梁與殼位于同一面內(nèi)，但其中面不包含梁線，適用于多尺度建模分析（如下圖）。梁單元與殼單元的連接在端部可以通過剛性梁和剛性區(qū)域兩種方式連接。剛性梁采用MPC184單元，剛性區(qū)域采用Cerig命令，具體使用方法下期文章討論。
展開 ANSYS APDL實體單元和殼單元（不共節(jié)點）之間的連接 ￥100
實體單元和殼單元之間的連接是ANSYS中常見的問題。即使兩種單元之間共節(jié)點，但單元之間不連續(xù)（實體單元每個節(jié)點有3個平動自由度，而殼單元每個節(jié)點有3個平動自由度和3個轉(zhuǎn)動自由度），對于兩種單元之間面面接觸，可直接定義剛域，本文主要采用MPC法對實體-殼單元的連接方法進行說明。
1 單元類型
算例模型中，實體單元采用SOLID45，殼單元采用SHELL63，接觸位置不共節(jié)點。對于兩種單元之間的連接，通過目標單元TARGE170和接觸單元CONTA175實現(xiàn)，定義約束為實體-殼約束，接觸單元為MPC算法，接觸類型為綁定接觸。
2 有限元模型和綁定接觸
圖1 底部固定約束，殼單元施加均布荷載
圖2 目標單元和接觸單元
3 計算結(jié)果
圖3 von Mises stress
圖4 X-Component of displacement
付費內(nèi)容為相關(guān)命令流。
展開 
ANSYS不同單元類型連接專題(三)—Solid-Shell連接
我們之前討論了ANSYS不同單元類型連接中的Solid-Beam單元的連接，通過研究Solid-Beam單元連接的兩種方式，梳理了一下不同單元類型連接時需要注意的關(guān)鍵點。今天我們開始討論Solid-Shell單元的連接。
我們知道，Shell單元有6個自由度，而Solid單元只有3個自由度，因此不能通過簡單的共節(jié)點方法實現(xiàn)Solid-Shell單元的連接。下面我們通過一個實例，研究下在ANSYS中是怎么實現(xiàn)Solid-Shell單元連接的。
對簡單的薄壁結(jié)構(gòu)進行分析時，我們通常將其簡化成殼模型，可極大降低計算量，但在板上開一個階梯孔（如下圖），就沒法將其簡化成殼模型了，但如果主要研究階梯孔附近的應(yīng)力情況，且不能有太大的計算量，此時我們可以采用Solid-Shell模型實現(xiàn)。
為了對比計算結(jié)果，筆者采用兩種方法對該結(jié)構(gòu)進行分析：
方法一：對整個結(jié)構(gòu)使用
Solid單元進行分析；
方法二：
階梯孔附近使用Solid單元，其余位置使用Shell單元。這樣就引入了不同單元類型連接的問題。
仿真過程
Step1
建立分析模型
在SCDM中建立如下圖所示的分析模型，其中薄板尺寸為200mm*100mm，厚度為10mm；階梯孔大孔直徑為30mm，深5mm；
階梯孔
小孔直徑為
20mm
，
深5mm。
將模型切分為兩部分，切分位置如下圖所示。切分完成后將沒帶階梯孔的部分進行抽中面處理。
展開 ANSYS各類型單元連接專題講解（一）之連接總則
一直以來，有不少同學咨詢水哥關(guān)于ANSYS中桿單元、梁單元、殼單元、實體單元的連接問題。之所以要用到各單元的連接，主要是由于我們在實際項目中，常常需要各種單元組合模擬，例如框架結(jié)構(gòu)計算中的框架柱、框架梁采用梁單元模擬，樓板采用殼單元模擬，如此便會產(chǎn)生各類型單元之間的連接問題。
為解決部分朋友們的疑問，水哥依自己的理解將從以下幾個方面系統(tǒng)講解下ANSYS中桿單元、梁單元、殼單元、實體單元的連接，其中若有不合理之處，還望各位朋友批評指正。
本系列講解目錄如下：
1、單元連接總原則。
2、桿與梁、殼、體單元的連接。
3、梁單元與實體單元鉸接。
4、2D梁單元與2D實體單元剛接。
5、3D梁單元與3D實體單元剛接。
6、殼單元與實體單元連接。
7、單元連接綜合實例。
本篇推文為該系列文章的首篇，主要說下ANSYS中單元連接總的原則以及簡單介紹兩個概念。
一般來說，按“桿梁殼體”單元順序，只要后一種單元的自由度完全包含前一種單元的自由度，則只要有公共節(jié)點即可，不需要約束方程，否則需要耦合自由度與約束方程。
例如：
（1）桿與梁、殼、體單元有公共節(jié)點即可，不需要約束方程。
（2）梁與殼有公共節(jié)點即可，也不需要約束寫約束方程；殼梁自由度數(shù)目相同，自由度也相同，盡管殼的rotz是虛的自由度，也不妨礙二者之間的關(guān)系，這有點類同于梁與桿的關(guān)系。
（3）梁與體則要在相同位置建立不同的節(jié)點，然后在節(jié)點處耦合自由度與施加約束方程。
（4）殼與體則也要相同位置建立不同的節(jié)點 ，然后在節(jié)點處耦合自由度與施加約束方程。
從上述也可見，ANSYS無非是通過三種方法來實現(xiàn)單元之間的連接：共用節(jié)點、耦合、約束方程。
這里簡單介紹下耦合與約束方程的基本概念。
展開 不同單元之間的連接問題和單元的選擇
ANSYS的單元類型是在不斷發(fā)展和改進的，同樣功能的單元，編號大的往往意味著在某些方面有優(yōu)化或者增強。
對于實體單元，總結(jié)起來就一句話：復雜的結(jié)構(gòu)用帶中間節(jié)點的四面體，優(yōu)選solid187，簡單的結(jié)構(gòu)用六面體單元，優(yōu)選solid185。
單元選擇和不同單元之間的連接.doc
vuel學習分享——用于連接殼單元的cohesive單元
因為課題原因，需要用到cohesive單元連接兩殼單元的邊界，然而ABAQUS中的cohesive單元只有用于連接實體（solid）或者平面單元（平面應(yīng)力或平面應(yīng)變）的coh單元，在導師的催促下就只能從零開始自學自定義單元的內(nèi)容，最后也終于基本實現(xiàn)這個目標。自學的過程很辛苦，其中很多東西考慮的也并不是很充分，理解的也不一定到位，但結(jié)果實現(xiàn)了目標，還是很開心的。
當然這個過程中很感謝snowwave02和借風一尺兩位的幫助，學術(shù)方面大家多交流才會進步。
話不多說，進入正題。其實這種單元在DYNA中是有的，但是因為課題原因希望進行對coh單元本構(gòu)更多的二次開發(fā)，且DYNA的二次開發(fā)我不是很熟悉，因此我就直接把DYNA的理論搬過來用了。但是鑒于二者還是有所不同，因此我在一些細節(jié)部分進行了個人的修改。這次的介紹主要理論源自于一篇DYNA會議上的文章：Edge-to-edge Cohesive Shell Elements in LS-DYNA, 作者是Jesper Karlsson, 如果有興趣可以找原文查看。
單元的基本形式如上圖所示，四個節(jié)點，N1,N2用于和上邊的殼單元（ABAQUS關(guān)鍵字S4）相連，N3，N4則和下邊的殼連接。殼的厚度為t，采用常規(guī)的四個積分點（圖中畫“×”的位置），積分點的等參坐標也是非常常見的：
(±1/√3,±1/√3)。對于每個節(jié)點均開放六個自由度，即三個平動三個轉(zhuǎn)動。
接下來是運動學的定義：
d代表分離量，即traction-separation法則中的分離距離，xt和xb分別代表上下邊在對應(yīng)等參坐標下的坐標位置，xi（i=1，2，3，4）代表節(jié)點的坐標，η 和
ξ 是等參坐標。按照這種方式算出來在積分點的分離量d如下圖紅線所示意，因為有四個積分點，恰好有四段d，這也是很清晰的。
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