ansys耦合約束的案例
ANSYS梁?jiǎn)卧c實(shí)體單元的耦合與約束方程
ANSYS梁?jiǎn)卧c實(shí)體單元的耦合與約束方程
By長(zhǎng)安CAE
1 概述
在ANSYS計(jì)算過程中，有時(shí)候會(huì)遇到不同單元之間進(jìn)行連接，由于不同的單元自由度不同，連接時(shí)通常需要通過耦合和約束方程建立節(jié)點(diǎn)自由度的關(guān)系，保證結(jié)果的準(zhǔn)確性。
耦合可以理解成是將耦合的對(duì)象某個(gè)自由度作相等處理，而約束方程則不局限于相等這個(gè)關(guān)系，其可以描述具有某種關(guān)系的自由度。如圖1所示，為梁?jiǎn)卧c平面單元的連接。如果不采用約束方程，力矩的傳遞無法完成，因?yàn)槠矫鎲卧獩]有轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。
圖1 梁?jiǎn)卧c平面單元連接
為使節(jié)點(diǎn)2具有力矩傳遞的能力，要求1、2、3節(jié)點(diǎn)之間的自由度滿足以下關(guān)系：
ROTZ2 = (UY3 - UY1)/10
再通過CE命令，即可將此關(guān)系通過約束方程的形式施加給1、2、3節(jié)點(diǎn)。
2 命令
查看ANSYS的幫助文檔，查詢CE命令的解釋，如圖2所示。
圖2 ANSYS的CE命令解釋
CE, NEQN, CONST, NODE1, Lab1, C1, NODE2, Lab2, C2, NODE3, Lab3, C3
其中，NEQT表示常數(shù)，用于區(qū)別約束方程，一般可以用數(shù)字1、2、3表示即可，表示第幾個(gè)約束方程；
CONST表示方程的常數(shù)項(xiàng)，一般為0；
NODE1，表示第一個(gè)節(jié)點(diǎn)；
Lab1，表示自由度標(biāo)簽，對(duì)于結(jié)構(gòu)而言，就是三個(gè)平移和三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度；
C1，表示該自由度的系數(shù)；
同理，后面的也一樣。
展開 ANSYS經(jīng)典三種局部結(jié)構(gòu)耦合約束方法介紹（重點(diǎn)介紹RBE3）
局部結(jié)構(gòu)耦合約束方法一般有三種，局部剛性方法（CERIG），節(jié)點(diǎn)耦合方法（CP），還有一個(gè)就是今天要重點(diǎn)講述的載荷傳導(dǎo)方法（RBE3）。這三種方法是有一些區(qū)別的，下面具體介紹一下。
一、局部剛性方法（CERIG）
局部剛性方法（CERIG）筆者之前的文章詳細(xì)介紹過，并給出了具體算例。此方法是將一個(gè)master節(jié)點(diǎn)和多個(gè)slave節(jié)點(diǎn)耦合成一個(gè)剛性區(qū)域。約束或載荷施加到master節(jié)點(diǎn)上，因?yàn)閯傂詤^(qū)域不產(chǎn)生形變，所以整個(gè)剛性區(qū)域就會(huì)被約束，或者產(chǎn)生整體位移。
二、節(jié)點(diǎn)耦合方法（CP）
筆者認(rèn)為節(jié)點(diǎn)耦合CP命令是三種方法中使用最繁瑣，當(dāng)然也是最強(qiáng)大的命令。CERIG和RBE3可以認(rèn)為是CP命令特殊場(chǎng)合的簡(jiǎn)化使用。CP命令可以按照一個(gè)邏輯耦合節(jié)點(diǎn)之間的自由度，可以是一個(gè)規(guī)律，一個(gè)公式，非常靈活。配合彈簧單元的使用，可以說只要有足夠的耐心，CP命令可以實(shí)現(xiàn)任何的結(jié)構(gòu)耦合需求。
三、載荷傳導(dǎo)方法（RBE3）
前兩種方法是比較常見的方法，載荷傳導(dǎo)方法（RBE3）則應(yīng)用的相對(duì)少一些。RBE3也有master節(jié)點(diǎn)和slave節(jié)點(diǎn)，較新版本ANSYS叫 independent node和dependent node。
RBE3的master節(jié)點(diǎn)和slave節(jié)點(diǎn)不是形成剛性區(qū)域了，而是將載荷從master節(jié)點(diǎn)傳遞到slave節(jié)點(diǎn)，整個(gè)耦合區(qū)域是會(huì)產(chǎn)生變形的。
展開 ANSYS中那個(gè)叫耦合和約束方程的到底是個(gè)什么東西
ANSYS中那個(gè)叫耦合和約束方程的到底是個(gè)什么東西
水哥寄語:
耦合和約束方程一直以來是新手學(xué)習(xí)ANSYS的一個(gè)難點(diǎn)，很多新手對(duì)這兩個(gè)名詞沒有一個(gè)明確的概念。當(dāng)然，水哥也不例外，當(dāng)年接觸ANSYS時(shí)，也曾被這兩個(gè)概念折騰了許久。近日更有不少同學(xué)詢問水哥關(guān)于ANSYS中如何設(shè)置耦合與約束方程，本欲做一套系列教程詳細(xì)說明，無奈最近實(shí)在沒時(shí)間，僅以此文解惑一二！
1 概述
首先說個(gè)大概概念，到底耦合和約束方程有什么作用？
我們都知道，當(dāng)我們生成有限元模型時(shí)，我們典型的做法是用單元去連接節(jié)點(diǎn)以建立不同自由度之間的關(guān)系。但是，我們遇到特殊情況時(shí)，例如剛性區(qū)域、鉸接、對(duì)稱滑動(dòng)邊界、周期條件等，采用普通單元已經(jīng)不足以表達(dá)這類關(guān)系，這時(shí)便可采用耦合和約束方程來建立節(jié)點(diǎn)自由度之間的特殊關(guān)系，做到我們采用普通單元做不到的自由度連接。
說完上述，相信大家已經(jīng)大概明白這兩個(gè)名詞所代表的大概含義，接下來我們具體說說這兩個(gè)名詞的具體概念以及使用方法。
2、耦合
什么是耦合？
所謂耦合，其實(shí)是一種比較特殊的約束方程，只不過為了區(qū)別于普通一般的約束方程，方便用戶操作，特定提出來的一個(gè)概念。他具體指當(dāng)我們需要迫使兩個(gè)或多個(gè)自由度取得相同值（值未知）時(shí)，可以將這類自由耦合在一起。
耦合自由度集包含一個(gè)主自由度和一個(gè)或多個(gè)其它自由度。耦合只將主自由度保存在分析的矩陣方程里，而將耦合集內(nèi)的其它自由度刪除。計(jì)算的主自由度值將分配到耦合集內(nèi)的所有其它自由度中去。
那么耦合具有哪些特點(diǎn)呢？
展開 ABAQUS中點(diǎn)面耦合約束的荷載單位
該同學(xué)向我提問：在ABAQUS中，點(diǎn)面耦合時(shí)在點(diǎn)上施加的力荷載是N的單位還是Pa的單位呢？
我當(dāng)時(shí)一看到這個(gè)問題，就想到的肯定是N的單位（當(dāng)然經(jīng)過試驗(yàn)這也確實(shí)是正確答案，如果大家只是看答案的話，那么接下來的內(nèi)容也不必再看了，感謝大家），畢竟施加的荷載名稱是concentrated force，并且我們平時(shí)在給耦合點(diǎn)施加位移荷載時(shí)，得到的反力也是N的單位。但是該同學(xué)糾結(jié)于一句話，那就是點(diǎn)面耦合之后，我加到點(diǎn)上的荷載，就相當(dāng)于加到面上，那是不是我施加到面上的每一點(diǎn)荷載都是N，那么分布開來應(yīng)該是N/m2，或者N/mm2，即壓強(qiáng)單位。
想解答這個(gè)疑問其實(shí)很簡(jiǎn)單，只需要建立三個(gè)簡(jiǎn)單的模型（其實(shí)更簡(jiǎn)單的方法只需要建一個(gè)表面比單位尺寸（1*1）大一定數(shù)量的塊體，而后通過對(duì)耦合點(diǎn)施加力荷載，看其結(jié)果分析量級(jí)即可知道答案，但是為了防止偶然性（即單位尺寸的模型），本帖借鑒”Yy“同學(xué)的做法，建立三個(gè)模型），模型如下：建立100*100*100mm的立方體，隨便給一個(gè)材料，立方體下表面完全約束，三個(gè)模型網(wǎng)格尺寸相同，分別施加三種上表面力荷載：
1，點(diǎn)面耦合的模型，在耦合點(diǎn)施加數(shù)值為-200的荷載，如下所示：
最終得到應(yīng)力狀態(tài)如下：
此結(jié)果的點(diǎn)面耦合為運(yùn)動(dòng)分布，運(yùn)動(dòng)學(xué)耦合將耦合節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)約束為參考節(jié)點(diǎn)的剛體運(yùn)動(dòng)。該約束可以應(yīng)用于耦合節(jié)點(diǎn)上相對(duì)于全局或局部坐標(biāo)系的用戶指定的自由度。
展開 
關(guān)于耦合約束
我是一個(gè)初學(xué)者，對(duì)耦合約束不是很清楚，對(duì)一個(gè)點(diǎn)和一個(gè)面設(shè)好耦合約束后，怎樣加載荷？我后面提價(jià)作業(yè)分析老是出錯(cuò)。
ansys流固耦合分析與工程實(shí)例 附ANSYS流固耦合分析與工程實(shí)例下載
ANSYS流固耦合簡(jiǎn)介
ANSYS 很早便開始進(jìn)行流固耦合的研究和應(yīng)用， 目前 ANSYS 中的流固耦合分析算法和功能已相當(dāng)成熟，可以通過或者不通過第三方軟件(如 MPCCI)實(shí)現(xiàn) ANSYS Mechanical APDL + CFX、ANSYS Mechanical APDL + FLUENT、ANSYS Mechanical + CFX 的流固耦合分析。
從算法上講，ANSYS(也包括其他大型商業(yè)軟件)主要采用分離解法也就是載荷傳遞法求解流固耦合問題。但從數(shù)據(jù)傳遞角度出發(fā)，流固耦合分析還可以分為兩種：?jiǎn)蜗蛄鞴?em>耦合分析(oneway coupling 或 unidirectional coupling)和雙向流固耦合分析(twoway coupling 或bidirectional coupling)。
展開 有限元理論基礎(chǔ)及Abaqus內(nèi)部實(shí)現(xiàn)方式研究系列10： 耦合約束的研究 ￥1
==演示視頻==
該視頻演示了iSolver中實(shí)現(xiàn)KCoupling的功能，證明iSolver結(jié)果和Abaqus完全一致：
https://www.yqgqt.org.cn/college/video/c12884 第6章節(jié)：3.1 載荷和邊界-K-Coupling耦合約束
==總結(jié)==
本文簡(jiǎn)單介紹了耦合約束的定義和用途，具體闡述了Abaqus中運(yùn)動(dòng)耦合約束和分布耦合約束的原理，并通過兩個(gè)簡(jiǎn)單算例加以驗(yàn)證。在有限元分析中，耦合約束應(yīng)用極廣，研究其原理有助于我們選擇合理的約束方式，從而保證建模的準(zhǔn)確性。不同商軟對(duì)耦合約束的定義也不同，Abaqus/Nastran/Ansys的定義分別如下：
項(xiàng)次
問題
運(yùn)動(dòng)耦合約束
分布耦合
1
Abaqus
K-Coupling
D-Coupling
2
Nastran
RBE2
RBE3
3
Ansys
CERIG
RBE3
注：對(duì)于非線性分析，Ansys采用MPC184單元來創(chuàng)建耦合約束。
如果有任何其它疑問，歡迎聯(lián)系我們：
snowwave02Fromwww.yqgqt.org.cn
email: snowwave02@qq.com
詳細(xì)研究方法，見附件：
有限元理論基礎(chǔ)及Abaqus內(nèi)部實(shí)現(xiàn)方式研究系列10：耦合約束（Coupling constraints）的研究.pdf
以往的系列文章：
第一篇：S4殼單元?jiǎng)偠染仃囇芯俊＝榻BAbaqus的S4剛度矩陣在普通厚殼理論上的修正。
http://www.yqgqt.org.cn/content/post/338859
第二篇：S4殼單元質(zhì)量矩陣研究。介紹Abaqus的S4和Nastran的Quad4單元的質(zhì)量矩陣。
展開 ANSYS知識(shí)普及3——約束方程（ANSYS專家編輯，非原創(chuàng)，歡迎轉(zhuǎn)摘）
本人準(zhǔn)備出一個(gè)ANSYS知識(shí)普及系列，將有用的網(wǎng)上資料歸攏，由于知識(shí)水平有限，不對(duì)之處請(qǐng)諒解。也歡迎各位網(wǎng)友提供好的資料分享，讓我們共同完成這個(gè)ANSYS知識(shí)普及系列。
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約束方程提供了比耦合更通用的聯(lián)系自由度的方法。有如下形式：
這里U（I）是自由度，N是方程中項(xiàng)的編號(hào)。
如何生成約束方程
1. 直接生成約束方程
直接生成約束方程：
命令：CE
GUI: Main Menu>Preprocessor>Coupling / Ceqn>Constraint Eqn
下面為一個(gè)典型的約束方程應(yīng)用的例子，力矩的傳遞是由BEAM3單元與PLANE42單元（PLANE42單元無平面轉(zhuǎn)動(dòng)自由度）的連接來完成的：
o 圖12-1建立旋轉(zhuǎn)和平移自由度的關(guān)系
如果不用約束方程則節(jié)點(diǎn)2處表現(xiàn)為一個(gè)鉸鏈。
展開 ANSYS Workbench單向流固耦合案例 附ANSYS流固耦合分析與工程實(shí)例下載
圖16 插入流體載荷
9設(shè)置固體約束
約束底面為fixed，進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算結(jié)果如圖18所示。
圖17 顯示導(dǎo)入的流體載荷
圖18 應(yīng)力計(jì)算結(jié)果
10總結(jié)
單向耦合計(jì)算思路很簡(jiǎn)單，就是先算流體，然后將流體壓力作為載荷施加到固體上。
下載地址：ANSYS流固耦合分析與工程實(shí)例
ANSYS約束方程的施加與分析
下面分析一個(gè)具體的問題，模型如下圖所示：
對(duì)于該模型，節(jié)點(diǎn)5雖然為公用節(jié)點(diǎn)，但是兩端的彎矩與實(shí)體單元的彎矩并不耦合，因此需要人為的構(gòu)建約束方程，現(xiàn)假定實(shí)體單元?jiǎng)澐譃樗姆荩B接面的節(jié)點(diǎn)編號(hào) 如上圖所示，根據(jù)約束方程的定義，需要為此模型定義三個(gè)約束方程用以控制三個(gè)方向的自由度，下面給出一個(gè)5號(hào)節(jié)點(diǎn)ROTz約束方程示例：
該方程根據(jù)1、2節(jié)點(diǎn)的水平和豎向位移差值之比定義5節(jié)點(diǎn)ROTz的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，因此約束方程可以改寫為標(biāo)準(zhǔn)方程：
采用ANSYS命令流表示為：
CE,1,0,2,UX,1,1,UX,-1,5,ROTZ,NY(2)-NY(1)
在實(shí)際模型中，如果不確定具體的節(jié)點(diǎn)編號(hào)可以使用內(nèi)置函數(shù)命令NNEAR獲取最近節(jié)點(diǎn)即可，相應(yīng)的有限元模型如下圖所示：
模型建立后，定義相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)約束方程，本模型中定義了中心節(jié)點(diǎn)三個(gè)方向的約束方程，方程定義采用上述的方法，定義完成如下圖所示：
施加荷載并求解，可以看出在定義了約束方程的模型中分析正常，下圖給出了梁的彎矩圖與理論分析一致：
更多案例，請(qǐng)關(guān)注公眾號(hào)：SimC結(jié)構(gòu)工作室
展開 分享:ANSYS中周向約束
ANSYS中進(jìn)行位置約束時(shí)有選項(xiàng)：UX,UY,UZ,ALL（如果節(jié)點(diǎn)有六個(gè)自由度則還有三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度）表示節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)坐標(biāo)方向位置，一般情況，我們?cè)诘芽▋鹤鴺?biāo)系下建立模型，各節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系在默認(rèn)情況下是與全局坐標(biāo)是一致的，因此，我們添加的約束只能是全局笛卡兒坐標(biāo)系坐標(biāo)方向的位置約束。通過修改節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)后，則可以任意添加約束了，比如將所有的節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系修改到與柱坐標(biāo)系一致，則可添加周向位置約束了。修改節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系的GUI是:
Main Menu -> preprocessor -> Modeling -> Move/Modify -> Rotate Node CS
展開 
ANSYS構(gòu)建施加約束
ANSYS在施加約束這里面的操作技巧與方法有沒有專門的書籍？
NASTRAN 與 ANSYS 柱坐標(biāo)約束計(jì)算比較
銷孔局部測(cè)試
位移與Mises等效應(yīng)力圖
FIG1.NASTRAN 位移
FIG2.NASTRAN 應(yīng)力
FIG3.ANSYS 位移
FIG4.ANSYS 應(yīng)力
testdis-nastran.jpg
testMises-nastran.jpg
testdis-ansys.jpg
testMises-ansys.jpg
曲軸用ansys分析如何加載荷和約束
曲軸用ansys分析強(qiáng)度如何加載荷和約束
Ansys Lumerical | 通過微透鏡和端面耦合器將光纖與光子芯片耦合
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在本案例中，我們演示了使用微透鏡和端面耦合器進(jìn)行光纖到光子芯片的耦合。我們引入 Zemax OpticStudio以解決實(shí)際錯(cuò)位情況下通過微光學(xué)元件的傳播問題。作為演示，我們?cè)谡l件下通過各個(gè)步驟查看功率損耗，然后進(jìn)行非理想情況、自定義選項(xiàng)和復(fù)雜的公差研究。我們將討論影響仿真精度的重要模型設(shè)置；然后提供有關(guān)如何分析不同對(duì)準(zhǔn)場(chǎng)景或使用自定義光學(xué)元件的指南。
概述
在光子學(xué)中，將信號(hào)耦合到芯片是一項(xiàng)獨(dú)特的挑戰(zhàn)，需要精確對(duì)準(zhǔn)和復(fù)雜的封裝。鑒于耦合性能對(duì)芯片的功能至關(guān)重要，因此這種設(shè)計(jì)因?yàn)楫a(chǎn)量損失、過度設(shè)計(jì)和額外的加工/封裝費(fèi)用占技術(shù)成本的很大一部分也就不足為奇了。隨著行業(yè)趨勢(shì)朝著 3D 集成電路內(nèi)共封裝光學(xué)器件的方向發(fā)展，開發(fā)工作流程以準(zhǔn)確模擬可靠性并做出經(jīng)濟(jì)可行的設(shè)計(jì)決策變得勢(shì)在必行。
雖然尚無行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，但耦合是通過光柵耦合器、衰減耦合器或端面耦合器等標(biāo)準(zhǔn)器件實(shí)現(xiàn)的。端面耦合器是制造在芯片邊緣的，將光纖靠近芯片邊緣，并采用大尺寸模斑轉(zhuǎn)換器（SSC）將較大的光纖模式絕熱轉(zhuǎn)換為波導(dǎo)模式。雖然這些器件在放置位置和尺寸方面存在限制，但它們可以提供寬帶、偏振不敏感性和低插入損耗（IL）。本征模展開法（EME）是一種沿傳播軸分析導(dǎo)模光學(xué)有效且準(zhǔn)確的方法，非常適合高效仿真SSC器件，而這些器件通常對(duì)于FDTD來說太大了。
假設(shè)光纖和SSC之間完美接觸和對(duì)準(zhǔn)，這在考慮IL時(shí)是合理的；但這沒法分析錯(cuò)位的容差，也無助于設(shè)計(jì)在制造/封裝變化下穩(wěn)健的系統(tǒng)。為此，我們拓展了結(jié)合Zemax的物理光學(xué)傳播（POP）工具的方法，以可靠地仿真錯(cuò)位并分析更復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)。
步驟1：Lumerical MODE 中的光纖分析（可選）
使用FDE求解器求解光纖的模式，并通過.ZBF格式將模場(chǎng)導(dǎo)出到OpticStudio。
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