mpc約束abaqus
關注創建者：王靖雯 創建時間：2023-02-27
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abaqus腳本插件117-在指定頂點集合上批量添加參考點并建立MPC約束（2026-03-20）-mark
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很多時候，在處理復雜裝配體的時候，我們都用到MPC和Coupling。那么這么多種約束各適用于什么情況，對于承載又有什么區別呢？今天就用一個shell單元的簡單案列和大家一起探討一下。
圖1 三維模型
如圖一的T形連接件，通常實際工程結構是焊接件，但在有限元分析中，我們如何處理這種連接呢？通常我們會用共節點來處理，共節點把兩部分當成一個部件，可以考慮連接處的變形。但也有時候，要實現共節點，需要較長時間進行前處理，因此考慮用MPC來進行連接。今天對于這個薄壁件（壁厚1mm），我建立6個模型分別是：1 共節點2kinematic coupling 3MPC BEAM 4MPC Link 5 MPC Tie 6 MPC Pin ，分別用7種方式處理這個連接，每個模型建立三個分析步，第一個分析步施加拉伸載荷，第二個分析步施加豎向載荷產生彎矩，第三個分析步施加扭轉載荷，如圖二所示。
圖2 三種載荷工況
結果分析
求解過程中，使用MPC-Pin和MPC-Link的兩個模型算到第二步（彎曲載荷）時第一個增量步不收斂，其余模型順利計算完成。究其原因，我們知道桿單元是不能承受彎曲載荷的，這里的Link便是將兩節點使用剛性桿單元連起來，而Pin是將兩節點的三個平移自由度綁定到一起，也不能承受彎曲載荷。同樣扭矩載荷也是不收斂的。
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（總時間 vs 分析步時間）的適用場景，尤其是靜力學與動力學分析的時間設置差異；10 類核心文件（.inp/.odb/.jnl/.dat 等）的作用，還有材料屬性（彈性 / 塑性 / 蠕變等）、獨立 / 非獨立部件的區別、裝配約束（固定 / 對稱 / MPC/Tie 等）的正確定義，幫你夯實建模基礎。
后保險杠結構型面復雜，使用傳統有限元前處理耗時較多，仿真工況涉及約束模態分析以及表面剛度分析。
3.3 控制臂仿真分折可行性論證
①案例說明：采用鍛造擺臂結構，在擺臂球銷位置，施加不同的位移，提取相應的支反力和結構應力，對比軟件的非線性分析精度。
后保險杠結構型面復雜，使用傳統有限元前處理耗時較多，仿真工況涉及約束模態分析以及表面剛度分析。
3.3 控制臂仿真分折可行性論證
①案例說明：采用鍛造擺臂結構，在擺臂球銷位置，施加不同的位移，提取相應的支反力和結構應力，對比軟件的非線性分析精度。
iSolver、Abaqus、Nastran計算都可發現能得到正常結果。
Abaqus計算提示MPC主點的1/5/6自由度沒有約束，它的PIVOT RATIO為3.7e14。
Nastran計算不再提示MPC主節點的1/5/6自由度沒有約束，Nastran PIVOT RATIO的閾值為1e7，如果超過這個閾值會報錯的。
4.2 Abaqus的實現方式
Abaqus的關鍵詞中inp的MPC中已經消除了這個單元號，如下圖，Abaqus如果是按單元來實現的話應該會在inp關鍵詞中反應，譬如質量點，雖然Abaqus/CAE上是inertia設置，但inp依然是Element關鍵詞，也會設置單元類型為MASS，但MPC猜測沒有這么做，而是把Master點和Slave點的關系寫到了關系矩陣中，在組裝全局剛度陣時將關系式單獨寫到全局剛度陣中
Nastran的MPC的靈活度要遠遠超過Abaqus，Nastran的主節點可以選擇123自由度，也可以對每個從節點設置不同的自由度，還能主節點和從節點互相包含，Abaqus更多的是只負責80%的常用應用場景，復雜功能讓你編子程序，但事實上一線仿真工程師又有多少人愿意編子程序呢？
3.有限元模型介紹
整車模型主要采用殼單元模擬，主要設備（如空調、變流器等）采用質量點模擬，設備與車體的連接通過MPC約束模擬。模型共包括殼單元1222916個，質量單元6個。
3）連接單元（ connector )
4）子模型邊界（* SUBMODEL)
5）各種約束，例如耦合約束（ * COUPLING)、剛體約束（ * RIGID BODY)、綁定約束（ *TIE)、旋轉周期對稱約束（ * TIE，CYCLIC SYMMETRY)、多點約束（ *MPC)、線性方程約束（ * EQUATION)）等。
廣義連接
PKPM-CAE支持耦合、綁定、嵌入等多種廣義連接，支持自定義約束方程和主從自由度。
圖16 節點綁定示例
圖17 型鋼混凝土嵌入示例
5. 接口
PKPM-CAE提供豐富的外部接口，可導入PKPM結構設計模型或abaqus/ansys等有限元計算模型，同時正在擴展stl、igs、obj等通用幾何模型接口。
如果是線性問題，那么Nastran和Abaqus的精度誤差主要體現在單元算法、邊界處理、MPC約束關系等，在2017年第二篇：S4殼單元質量矩陣研究文章中我們就曾經分析過Abaqus的S4殼單元和Nastran的Quad4殼單元質量矩陣的內部實現方式和差異，在這里主要研究Abaqus、iSolver與Nastran梁單元差異，由于這三款軟件的梁單元的差異較多，我們分幾篇文章來說明，本篇是Abaqus
