ansys約束物體自由度
關(guān)注創(chuàng)建者：王靖雯 創(chuàng)建時(shí)間：2023-03-08
ansys約束物體自由度的實(shí)例教程
一個(gè)系統(tǒng)通常是由多個(gè)構(gòu)建組成的，各個(gè)構(gòu)件之間的這種約束通常存在某些約束關(guān)系，即一個(gè)構(gòu)件限制另一個(gè)構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)，兩個(gè)構(gòu)件之間的這種約束關(guān)系，通常稱為運(yùn)動(dòng)副或者鉸鏈，ADAMS中運(yùn)動(dòng)副分為低副、高副和基本副[1] [2]，這些運(yùn)動(dòng)副對(duì)構(gòu)件的自由度進(jìn)行約束，ADAMS為每個(gè)約束列出一個(gè)或多個(gè)代數(shù)約束方程，在實(shí)際中,存在著大量的機(jī)構(gòu)由于人為的帶入虛約束而導(dǎo)致過約束的情況[3]，有時(shí)需要通過引入虛約束來增加系統(tǒng)的剛度[4]，在定義運(yùn)動(dòng)副過程中，往往會(huì)出現(xiàn)過約束及冗余約束的情況，文獻(xiàn)[5]分析了過約束問題，文獻(xiàn)[6]對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)的冗余情況進(jìn)行了分析，用一個(gè)點(diǎn)線副和一個(gè)平行副的組合來代替滑移副來解決冗余約束，但是沒有分析具體方法。
并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有高精度、高剛度、承載能力大和運(yùn)動(dòng)反解簡(jiǎn)單等特點(diǎn), 成為機(jī)器人學(xué)者的研究熱點(diǎn)[7] ,自由度小于6 的少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu), 因其驅(qū)動(dòng)部件少、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制成本低等特點(diǎn), 一直是國(guó)際學(xué)術(shù)界關(guān)注的熱點(diǎn)和研究的前沿[8-14]，交叉型平面二自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)屬于少自由并聯(lián)機(jī)構(gòu)家族中的一種。本文對(duì)運(yùn)用基本運(yùn)動(dòng)副代替低副約束剛體的自由度，同時(shí)不出現(xiàn)冗余約束，進(jìn)行了詳細(xì)的分析，總結(jié)了避免出現(xiàn)冗余約束的技巧，最后以交叉型平面二自由度并聯(lián)機(jī)械手為對(duì)象，運(yùn)用上述方法和技巧，詳細(xì)介紹了在ADAMS中建立其運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)仿真模型的具體方法和步驟，為樣機(jī)開發(fā)和實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的研究提供重要的參考。
2 運(yùn)用基本運(yùn)動(dòng)副約束物體自由度
2.1 運(yùn)動(dòng)副的約束關(guān)系
一個(gè)構(gòu)件在空間中具有6個(gè)自由度，即3個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度和3個(gè)移動(dòng)自由度。
展開 面板analysis --system創(chuàng)建好局部坐標(biāo)系，然后把需要添加約束的節(jié)點(diǎn)assign當(dāng)前坐標(biāo)系。
坐標(biāo)系的關(guān)聯(lián)方式有set reference和set displacement兩種，set reference是指定位置參考坐標(biāo)系，節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)會(huì)轉(zhuǎn)變至參考坐標(biāo)系下；set displacement是指定節(jié)點(diǎn)自由度坐標(biāo)系，一般用于約束節(jié)點(diǎn)的自由度，節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)不變。
?? 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過少導(dǎo)致欠約束，計(jì)算報(bào)“奇異”；DOF過多導(dǎo)致過約束，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：一根沒有固定點(diǎn)的梁，無論給多大的載荷，它都會(huì)發(fā)生無窮大的剛體位移，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)格過渡、多體裝配。
??技術(shù)鄰-大奎原創(chuàng)，禁止搬運(yùn)
展開 問題： 圖示系統(tǒng)質(zhì)量塊質(zhì)量為m=30kg，彈簧剛度為k=30kN/m并且彈簧質(zhì)量可以忽略，質(zhì)量塊被向左方向推離位置10mm后放手，求此系統(tǒng)的固有頻率、周期和響應(yīng)，以及彈簧所受的力。
理論解：
！1求解系統(tǒng)的固有頻率
finish
/clear
/prep7
et,1,mass21
et,2,combin14
keyopt,1,3,4 !mass21二維無轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的質(zhì)量點(diǎn)
keyopt,2,3,2 !2d軸向彈簧
r,1,30
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n,1
n,2,1,0
type,1
real,1
e,2
type,2
real,2
e,1,2
d,1,all
d,2,uy
/solu
antype,modal
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mxpand,1
solve
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set,list
！2求系統(tǒng)的響應(yīng)曲線
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r,1,30
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n,1
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type,2
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antype,trans
Trnopt,full
outres,all,all
timint,off
d,1,all
d,2,uy
d,2,ux,0.01
time,1
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time,2
kbc,0
ddele,2,ux
timint,on
autots,on
deltim,0.01,,0.1
solve
/post26
nsol,2,2,u,x
plvar,2
prvar,2
最后得到結(jié)果質(zhì)量點(diǎn)的位移響應(yīng)曲線
展開 10 月 24 日 · 線下零距離 · 與 Ansys Fellow 朱永誼博士面對(duì)面
當(dāng)產(chǎn)品復(fù)雜度從“零件”躍遷到“系統(tǒng)”，有限元模型動(dòng)輒上億自由度，接觸對(duì)數(shù)量呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。如何讓“超大規(guī)模裝配模型在 8 小時(shí)內(nèi)完成建模-求解-校核”成為日常，而非傳奇？
10 月 24 日（周五）下午，Ansys 總部院士朱永誼博士首次線下開講，帶來四大“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)。
2
并行-接觸對(duì)自動(dòng)分割
大接觸對(duì)智能拆分子域，核心數(shù)越高并行效率越穩(wěn)，拆分前后結(jié)果一致，全程無需手動(dòng)干預(yù)。
3
統(tǒng)一非光滑接觸檢測(cè)
節(jié)點(diǎn)、高斯、Mortar 三法合一，求解器實(shí)時(shí)切換，輕松應(yīng)對(duì)棱邊、角點(diǎn)等極端接觸，復(fù)雜裝配收斂更穩(wěn)健。
4
自適應(yīng)穩(wěn)定求解
隱式?瞬態(tài)?半隱式自動(dòng)接力，局部屈曲、材料軟化、接觸躍遷全程“一鍵求解”，原先難收斂的模型也能順利收斂。
關(guān)鍵詞：混合多點(diǎn)約束方法、接觸檢測(cè)、高性能計(jì)算、自適應(yīng)求解器方案
時(shí)間：2025年10月24日（周五），14:00-16:30
地點(diǎn)：上海
費(fèi)用：免費(fèi)（報(bào)名需審核，請(qǐng)正確填寫完整的單位名稱及郵箱等基本信息，以便成功報(bào)名）
嘉賓介紹：
朱永誼 博士 | Fellow, Ansys Inc (Part of Synopsys)
朱永誼博士是Ansys的院士，擁有超過40年的計(jì)算力學(xué)與有限元研發(fā)經(jīng)驗(yàn)。
展開 
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?? 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
基于ANSYS apdl參數(shù)化建模
三維模型
線框模型
自重及預(yù)應(yīng)變下的y方向變形云圖
編輯
跳轉(zhuǎn)
10 月 24 日 · 線下零距離 · 與 Ansys Fellow 朱永誼博士面對(duì)面
當(dāng)產(chǎn)品復(fù)雜度從“零件”躍遷到“系統(tǒng)”，有限元模型動(dòng)輒上億自由度，接觸對(duì)數(shù)量呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。如何讓“超大規(guī)模裝配模型在 8 小時(shí)內(nèi)完成建模-求解-校核”成為日常，而非傳奇？
10 月 24 日（周五）下午，Ansys 總部院士朱永誼博士首次線下開講，帶來四大“黑科技”：
1
面板analysis --system創(chuàng)建好局部坐標(biāo)系，然后把需要添加約束的節(jié)點(diǎn)assign當(dāng)前坐標(biāo)系。
坐標(biāo)系的關(guān)聯(lián)方式有set reference和set displacement兩種，set reference是指定位置參考坐標(biāo)系，節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)會(huì)轉(zhuǎn)變至參考坐標(biāo)系下；set displacement是指定節(jié)點(diǎn)自由度坐標(biāo)系，一般用于約束節(jié)點(diǎn)的自由度，節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)不變。
問題： 圖示系統(tǒng)質(zhì)量塊質(zhì)量為m=30kg，彈簧剛度為k=30kN/m并且彈簧質(zhì)量可以忽略，質(zhì)量塊被向左方向推離位置10mm后放手，求此系統(tǒng)的固有頻率、周期和響應(yīng)，以及彈簧所受的力。
理論解：
！1求解系統(tǒng)的固有頻率
finish
/clear
/prep7
et,1,mass21
et,2,combin14
keyopt,1,3,4 !mass21二維無轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的質(zhì)量點(diǎn)
1 引 言
虛擬樣機(jī)分析軟件ADAMS（Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems），是對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)進(jìn)行仿真計(jì)算的商用軟件，目前己經(jīng)被全世界各行各業(yè)的數(shù)百家主要制造商采用。一個(gè)系統(tǒng)通常是由多個(gè)構(gòu)建組成的，各個(gè)構(gòu)件之間的這種約束通常存在某些約束關(guān)系，即一個(gè)構(gòu)件限制另一個(gè)構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)，兩個(gè)構(gòu)件之間的這種約束關(guān)系，通常稱為運(yùn)動(dòng)副或者鉸鏈
