ansys 自由度的案例
ANSYS求解單自由度系統的振動響應分析
問題： 圖示系統質量塊質量為m=30kg，彈簧剛度為k=30kN/m并且彈簧質量可以忽略，質量塊被向左方向推離位置10mm后放手，求此系統的固有頻率、周期和響應，以及彈簧所受的力。
理論解：
！1求解系統的固有頻率
finish
/clear
/prep7
et,1,mass21
et,2,combin14
keyopt,1,3,4 !mass21二維無轉動慣量的質量點
keyopt,2,3,2 !2d軸向彈簧
r,1,30
r,2,3e4
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
modopt,lanb,1
mxpand,1
solve
/post1
set,list
！2求系統的響應曲線
finish
/clear
/prep7
et,1,mass21
et,2,combin14
keyopt,1,3,4
keyopt,2,3,2
r,1,30
r,2,3e4
n,1
n,2,1,0
type,1
real,1
e,2
type,2
real,2
e,1,2
/solu
antype,trans
Trnopt,full
outres,all,all
timint,off
d,1,all
d,2,uy
d,2,ux,0.01
time,1
solve
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
最后得到結果質量點的位移響應曲線
展開 Ansys 院士私享講堂｜“一天跑完上億自由度”——大規模裝配-接觸仿真的最新突破
10 月 24 日 · 線下零距離 · 與 Ansys Fellow 朱永誼博士面對面
當產品復雜度從“零件”躍遷到“系統”，有限元模型動輒上億自由度，接觸對數量呈指數級增長。如何讓“超大規模裝配模型在 8 小時內完成建模-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
混合多點約束
“一個接觸對”自動識別固體-殼任意組合，依局部幾何秒選最優約束，無需手動修正偏移或對齊法向，前處理更省力，結果更精準。
2
并行-接觸對自動分割
大接觸對智能拆分子域，核心數越高并行效率越穩，拆分前后結果一致，全程無需手動干預。
3
統一非光滑接觸檢測
節點、高斯、Mortar 三法合一，求解器實時切換，輕松應對棱邊、角點等極端接觸，復雜裝配收斂更穩健。
4
自適應穩定求解
隱式?瞬態?半隱式自動接力，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。
關鍵詞：混合多點約束方法、接觸檢測、高性能計算、自適應求解器方案
時間：2025年10月24日（周五），14:00-16:30
地點：上海
費用：免費（報名需審核，請正確填寫完整的單位名稱及郵箱等基本信息，以便成功報名）
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年的計算力學與有限元研發經驗。
展開 基于ANSYS APDL 某梁預應力下的靜力分析（link10與固體通過cp耦合自由度） ￥30
基于ANSYS apdl參數化建模
三維模型
線框模型
自重及預應變下的y方向變形云圖
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LS-dyna_常見問題匯總
在 ANSYS 計算過程中結果文件大于 8GB 時計算自動中斷，如何解決這個問題？ ...............................35
52. 關于梁、殼單元應力結果輸出的說明 ...........................................................................................................35
53. LS-DYNA 求解有時為什么有負的滑動能.....................................................................................................36
54. 在 DYNA 中如何考慮材料失效......................................................................................................................36
55. 在 LS-DYNA 中能否施加跟隨力和跟隨力矩？ ............................................................................................36
56. 如果在工程上遇到殼的厚度是坐標位置的函數時，這樣的殼單元模型如何建立？ ................................36
57. 不同自由度的單元在 merge 時， ANSYS 如何處理自由度的不匹配問題..................................................37
58.
展開 
模態分析方法與步驟
其原理是在原結構中選取某些重要的節點為自由度，稱為主自由度(master degree of freedom)，再用該主自由度來定義結構的質量矩陣及剛度矩陣并求出其頻率及振動模態，進而將其結果擴展至全部結構。在解題過程中該方法速度較快，但其答案較不準確。
主自由度的選擇依照所探討的模態、結構負載的情況而定：
a. 主自由度的個數至少為所求頻率個數的兩倍。
b. 選擇主自由度的方向為結構最可能振動的方向。
c. 主自由度節點位于較大質量或轉動慣量處及剛性較低位置。
d. 如果彎曲模態為主要探討模態，則可省略旋轉自由度。
e. 主自由度的節點位于施力處或非零位移處。
f. 位移限制為零的位置不能選為主自由度節點，因為這種節點具有高剛性的特性。 可以用M命令來定義主自由度。此外，也可由ANSYS自動選擇自由度。
2 子空間迭代法(subspace)：
通常用于大型結構中，僅探討前幾個振動頻率，所得到結果較準確，不需要定義主自由度，但需要較多的硬盤空間及CPU時間。求取的振動模態數應該小于模型全部自由度的一半。
3不對稱法(unsymmetrical)：
該方法用于質量矩陣或剛度矩陣為非對稱時，例如轉子系統。其特征值(eigenvalue)為復數，實數部分為自然頻率；虛數部分為系統的穩定度，正值表示不穩定，負值表示穩定。
4阻尼法(damped)：
該方法用于結構系統具有阻尼現象時，其特征值為復數，虛數部分為自然頻率；實數部分為系統的穩定度，正值表示不穩定，負值表示穩定。
5分塊蘭索斯法(block lanczos)：
該方法用于大型結構對稱的質量及剛度矩陣，和次空間方法相似，但收斂性更快。
6快速動力法(power dynamics method)：
該方法用于非常大的結構（自由度大于100,000）且僅需最小幾個模態。該方法質量矩陣采用集中質量法。
展開 ANSYS Workbench多體動力學實例——萬向節
2.添加萬向節運動副
注意：萬向節的自由度有Z與X的旋轉，參考面為紅色，移動面為藍色，X軸需要設置為穿過選取的孔（紅色軸穿過紅色孔），Z軸同樣穿過選擇的孔（藍色軸穿過藍色孔），由于此模型本身為斜的萬向節，因此讀者可能誤認為藍色軸并未穿過藍色孔，可以思考將萬向節扳正后，藍色軸依然是穿過藍色孔的。
3.添加旋轉副
注意：在此模型中，添加2個旋轉副，并設置為Body-ground類型，代表著兩個萬向節零件可以自轉，來約束它的自由度，讀者也可以只施加1個旋轉副對比一下，就可以明白為什么要添加2個旋轉副（也可以使用其他類型的運動副），有些讀者在此模型中只添加一個萬向節副，然后插入Joint Load后并無法設置參數，這是因為萬向節副只是定義連接關系，并不代表可以直接驅動，當添加完運動副，可以查看自由度數量。
注意：ANSYS與機械原理的自由度計算方法似乎不一致，按理說本案例是2個旋轉自由度，不知為何顯示為-2個自由度。
網格點擊直接生成即可，因為剛體動力學不需要設置真正的網格。
4.加載Joint驅動
注意：在剛體動力學中，對于分析設置，可以采用默認狀態，默認的步長可以適應很多分析。
5.求解后，查看后處理
注意：剛體動力學中，輸入的可以是力和位移，加速度等載荷，輸出的是位移、速度、加速度等結果。
當需要查看運動仿真的時候的應力、應變等結果就需要將剛體動力學的載荷等效變換到靜力學中查看，步驟如下：
6.在剛體動力學中插入位移載荷，并右擊，找到導出運動載荷選項
注意：將運動載荷保存到你指定的位置，導出的文件為txt的格式。
展開 LS-DYNA常見問題集錦
/PREP7
ET,1,63
RECT,,10,,10
ESHAPE,2
ESIZE,,20
AMESH,1
EPLO
MXNODE = NDINQR(0,14)
*DIM,THICK,,MXNODE
*DO,NODE,1,MXNODE
*IF,NSEL(NODE),EQ,1,THEN
THICK(node) = 0.5 + 0.2*NX(NODE) + 0.02*NY(NODE)**2
*ENDIF
*ENDDO
NODE =
MXNODE =
RTHICK,THICK(1),1,2,3,4
/ESHAPE,1.0
/USER,1
/DIST,1,7
/VIEW,1,-0.75,-0.28,0.6
/ANG,1,-1
/FOC,1,5.3,5.3,0.27
EPLO
9、不同自由度的單元在merge時，ANSYS如何處理自由度的不匹配問題
ANSYS可以將在給定容差（tolerance）內的節點通過merge可以合并到一起，它可以是不同的單元類型和不同的自由度（如：殼或梁（6自由度）與塊單元（3自由度），ANSYS在處理共節點的自由度關系使，類似于藕合自由度（Couple DOFs）而非約束方程，即只把相同的自由度聯系起來，這樣就可以方便的處理如柱銷、鉸鏈之類的約束問題。
10、如何方便地建立壓力容器的有限元模型?
在建立壓力容器模型時，充分考慮模型的對稱性，靈活利用ANSYS軟件的工作平面和坐標系，利用合理的分網工具，可以得到漂亮的有限元模型，如下面的命令流所示：
/prep7
et,1,45
mp,ex,1,2e11
mp,nuxy,1,0.3
!
展開 復雜結構的網格劃分方法比較
在ANSA下，情況也類似，ANSA是很具優勢的基于幾何的分網軟件，其建面功能十分強大，在沒有體這一概念的情況下，可以實現模型的分塊，操作簡單但效率很高，是未來分網軟件發展的大趨勢
混合網格劃分
混合網格劃分即在幾何模型上，根據各部位的特點，分別采用自由、映射、掃略等多種網格劃分方式，以形成綜合效果盡量好的有限元模型?；旌暇W格劃分方式要在計算精度、計算時間、建模工作量等方面進行綜合考慮。
通常，為了提高計算精度和減少計算時間，應首先考慮對適合于掃略和映射網格劃分的區域先劃分六面體網格，應盡量通過切分等多種布爾運算手段來創建合適的區域（尤其是對所關心的區域或部位）；其次，對實在無法再切分而必須用四面體自由網格劃分的區域，采用帶中節點的六面體單元進行自由分網。
自由度耦合和約束方程
對于某些形式的復雜幾何模型，可以利用ANSYS的約束方程和自由度耦合功能（Abaqus中的tie功能）來促成劃分出優良的網格并降低計算規模。
比如，將相鄰的體在進行獨立的網格劃分（通常是采用映射或掃略方式）后再"粘結"起來，由于各個體之間在幾何上沒有聯系，因此不用費勁地考慮相互之間網格的影響，所以可以自由地采用多種手段劃分出良好的網格，而體之間的網格"粘結"是通過形函數差值來進行自由度耦合的，因此連接位置處的位移連續性可以得到絕對保證，如果非常關注連接處的應力，可以如下面所述再在該局部位置建立子區模型予以分析。
子模型等其它手段
子模型是一種先總體、后局部的分析技術（也稱為切割邊界條件方法），對于只關心局部區域準確結果的復雜幾何模型，可采用此手段，以盡量小的工作量來獲得想要的結果。
展開 ANSYS網格劃分詳細介紹
四、 混合網格劃分
混合網格劃分即在幾何模型上，根據各部位的特點，分別采用自由、映射、掃略等多種網格劃分方式，以形成綜合效果盡量好的有限元模型?；旌暇W格劃分方式要在計算精度、計算時間、建模工作量等方面進行綜合考慮。通常，為了提高計算精度和減少計算時間，應首先考慮對適合于掃略和映射網格劃分的區域先劃分六面體網格，這種網格既可以是線性的（無中節點）、也可以是二次的（有中節點），如果無合適的區域，應盡量通過切分等多種布爾運算手段來創建合適的區域（尤其是對所關心的區域或部位）；其次，對實在無法再切分而必須用四面體自由網格劃分的區域，采用帶中節點的六面體單元進行自由分網（自動退化成適合于自由劃分形式的單元），此時，在該區域與已進行掃略或映射網格劃分的區域的交界面上，會自動形成金字塔過渡單元（無中節點的六面體單元沒有金字塔退化形式）。ANSYS中的這種金字塔過渡單元具有很大的靈活性：如果其鄰接的六面體單元無中節點，則在金字塔單元四邊形面的四條單元邊上，自動取消中間節點，以保證網格的協調性。同時，應采用前面描述的TCHG命令來將退化形式的四面體單元自動轉換成非退化的四面體單元，提高求解效率。如果對整個分析模型的計算精度要求不高、或對進行自由網格劃分區域的計算精度要求不高，則可在自由網格劃分區采用無中節點的六面體單元來分網（自動退化成無中節點的四面體單元），此時，雖然在六面體單元劃分區和四面體單元劃分區之間無金字塔過渡單元，但如果六面體單元區的單元也無中節點，則由于都是線性單元，亦可保證單元的協調性。
五、 利用自由度耦合和約束方程
對于某些形式的復雜幾何模型，可以利用ANSYS的約束方程和自由度耦合功能來促成劃分出優良的網格并降低計算規模。
展開 復雜幾何模型網格劃分技術
4 混合網格劃分
混合網格劃分即在幾何模型上，根據各部位的特點，分別采用自由、映射、掃略等多種網格劃分方式，以形成綜合效果盡量好的有限元模型?；旌暇W格劃分方式要在計算精度、計算時間、建模工作量等方面進行綜合考慮。通常，為了提高計算精度和減少計算時間，應首先考慮對適合于掃略和映射網格劃分的區域先劃分六面體網格，這種網格既可以是線性的（無中節點）、也可以是二次的（有中節點），如果無合適的區域，應盡量通過切分等多種布爾運算手段來創建合適的區域（尤其是對所關心的區域或部位）；其次，對實在無法再切分而必須用四面體自由網格劃分的區域，采用帶中節點的六面體單元進行自由分網（自動退化成適合于自由劃分形式的單元），此時，在該區域與已進行掃略或映射網格劃分的區域的交界面上，會自動形成金字塔過渡單元（無中節點的六面體單元沒有金字塔退化形式）。ANSYS中的這種金字塔過渡單元具有很大的靈活性：如果其鄰接的六面體單元無中節點，則在金字塔單元四邊形面的四條單元邊上，自動取消中間節點，以保證網格的協調性。同時，應采用前面描述的TCHG命令來將退化形式的四面體單元自動轉換成非退化的四面體單元，提高求解效率。如果對整個分析模型的計算精度要求不高、或對進行自由網格劃分區域的計算精度要求不高，則可在自由網格劃分區采用無中節點的六面體單元來分網（自動退化成無中節點的四面體單元），此時，雖然在六面體單元劃分區和四面體單元劃分區之間無金字塔過渡單元，但如果六面體單元區的單元也無中節點，則由于都是線性單元，亦可保證單元的協調性。
5 利用自由度耦合和約束方程
對于某些形式的復雜幾何模型，可以利用ANSYS的約束方程和自由度耦合功能來促成劃分出優良的網格并降低計算規模。
展開 ANSYS Mechanical在多體運動學分析中Jiont工具的應用概述
(3) Cylindrical Joint（圓柱副）：放松UZ和ROTZ自由度，約束其他全部。
(4) Translational Joint（移動副）：放松UZ自由度，約束其他全部。
(5) Slot Joint（狹槽副）：約束UY、UZ自由度，放松其他全部
(6) Universal Joint（萬向節）：約束ROTX、ROTZ自由度，放松其他全部。
(7) Spherical Joint（球副）：約束X、Y、Z自由度，放松其他全部。
(8) Planar Joint（平面副）：約束UZ、ROTX、ROTY自由度，放松其他全部。
(9) General Joint（通用副）：自定義上述自由度。
圖2
B. 自由度限制說明
如圖3所示，以General Joint（通用副）的自由度限制為例進行說明：灰色的圖標X、Z、RX、RY表明自由度被限制，而有顏色的Y、RZ表明自由度沒有被約束。
圖3
C. 幾種運動副創建方法說明
(1) 右鍵導航樹【Connections】插入【Connection Group】。再次右鍵【Connection Group】插入Joint關節，并按照如圖4設置，該關節為固定關節。
展開 
技巧-如何在Ansys Mechanical中用好遠程點（Remote Points）？
允許更好地控制一個模型中自由度。
1. 在僅包括位移自由度的二維或三維實體中顯示旋轉自由度。
2. 允許節點的自由度耦合。
三．遠程點應用
應用1：將一個模型的區域抽象化
遠程點用來將模型的區域抽象來節省計算資源，同時保持結果的完整性。
(案例模型中的分析系統B對應應用1)
兩種模型結果對比：
應用2：多個邊界條件加到同一個物體上
你曾經碰到過下圖中的警告信息嗎，想知道他們意味著什么，并且如何去解決他們嗎？(案例模型中的分
析系統E對應應用2)
應用3：控制自由度
在畫網格過程中，Ansys通過單元類型來定義模型自由度(DOF)。
二維面幾何(位于X-Y平面): X和Y方向平動位移。
三維立體幾何：X,Y和Z方向平動位移。
三維曲面和線幾何：X,Y和Z平面的平動和轉動位移。
但是你如何對沒有旋轉自由度的模型定義旋轉邊界條件呢？找到并打開案例模型中二維齒輪分析系統G。
四. 遠程點的行為選項（behavior）
遠程點的行為選項可以有：剛性、變形（默認選項）、耦合、梁連接。
為了更好理解上述每一種行為，首先先理解如何根據將限元模型和遠程點創建在一起。
在計算機內部，Ansys創建遠程點和被選幾何區域的綁定接觸(Bonded)。
接觸單元的目標單元(控制節點)和節點通過多點約束方程法(MPC)計算處理。
接觸節點的位移依賴于控制節點的約束自由度。
打開案例模型中分析系統I，打開視頻學習更多關于遠程點的行為選項知識。
五. 遠程點的梁連接行為
與其他三個行為不同，梁連接行為并不是通過約束方程或耦合來完成的。
展開 ANSYS基礎問答（第一期）
15.Q:在ansys中使用的耦合的自由度（電-熱耦合），是指把電與熱的自由度放在同一個自由度上，但是為什么看到書上給耦合自由度添加荷載的時候總是給一個點添加，就是使用index（n）然后得到的那個點？
A:自由度和點不是一個概念，你說的點應該指的是單元的一個節點，以體單元為例，其每個節點均具有x,y,z三個方向的位移自由度，若還考慮電和熱，那么還可以有電壓和溫度兩個自由度。也就是其每個節點有五個自由度（三個位移，一個電壓，一個溫度）。
16.Q:ANSYS里面如何檢查網格質量并提高其質量？
A:檢查網格質量可以使用如下菜單路徑： Main Menu > Preprocessor > Meshing > Check Mesh > Individual Elem > Plot Warning/Error 提高網格質量則需要根據具體情況進行，可以：盡量劃分 MAP 網格；整體或局部細分網格，等。
17.Q:用ANSYS對輪子分析中的對稱約束如何添加，老出錯得到的結果整個模型全是紅色的，怎么解決？
A:在 ANSYS 中施加對稱約束可以使用如下菜單路徑： Main Menu > Solution > Define Loads > Apply > Structural > Displacement > symmery
18.Q:ansys建立拱橋模型時，鋼拱肋中的橫隔板要加嗎，怎么加進去呢？
A:不用加，他的作用就是錨固拱肋內混凝土，其兩者更好的作用。
19.Q:workbench得到分析結果后，從應力云圖上面怎么選取真實的最大應力值用來計算安全系數。根據什么樣的經驗或準則？因為真實結構分析常忽略一些應力集中引起的最大值。
A:一般就是取最大值；如果真是的忽略某些值，你計算后也忽略相應部位的值。
展開 ANSYS接觸屬性
對于自動約束選項 (默認的)，ANSYS 將檢查目標節點的邊界條件。如果遇到下面列出的條件，ANSYS 將約束目標節點上相關的自由度：
¨ 目標節點上沒有明顯的邊界條件或施加的力；
¨ 目標節點沒有連接到其它單元；
¨ 沒有使用約束方程或節點耦合來約束目標節點。
在每個載荷步結束時，ANSYS 釋放內部設置的約束條件。
由于這一修改，可能會更新存儲在結果文件 (Jobname.RST) 和數據庫文件 (Jobname.DB) 中的約束條件。在重啟動一個分析或在交互模式中重新求解問題時，應仔細檢查當前的邊界條件是否時預期的。
如果希望控制目標節點上的約束條件，選擇User specified 選項。
Constrained DOF set on target (目標面上的約束自由度組)
目標單元的 KEYOPT(4) 選項用于指定待約束的自由度。一個復選框表示自由度是激活的；一個空的方框表示該自由度未激活。
Pilot Node (引導節點)
可以使用以下選項修改引導節點：
¨ Pilot Name (引導節點名 – 可選的) – 可以指定一個包含引導節點的節點組名，從而在后面容易對引導節點進行操作；
¨ Pilot Node – 可以使用下列方法修改一個引導節點。第一方法包括自動方法 (在接觸單元的中心)，拾取方法 (點擊已有的 keypoint、node 或工作平面上的一個位置)，以及直接輸入當前坐標系中的坐標值。
點取選擇位置 (Pick Choose location ...)：點取或輸入節點的坐標以指定引導節點的位置。
展開 