鉸連接仿真
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-05
鉸連接仿真的視頻教程
HyperMesh+LS-DYNA__球鉸連接關系_連接變形體和變形體
本期視頻利用汽車上一個零部件有限元模型，講解在HyperMesh中，LS-DYNA工作環境下，如何在兩個變形體之間之間創建球鉸連接關系。 球鉸連接關系特點：限制被連接體的3個平動自由度，不限制被連接體的3個轉動自由度。
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鉸連接仿真的實例教程
南京安世亞太公司
梁構件是非常常用的構件形式，梁和基礎的連接方式有固定支座，固定鉸支座，可動鉸支座等。不同支座形式對梁撓度的影響是怎么樣的？以及它們在不同分析類型中的表現是什么樣的？這是梁構件校核過程中值得思考的問題。
1 鉸接支座
固定鉸支座：只有轉動自由度，不能移動。
可動鉸支座：除了有轉動自由度，還可以移動。
2 幾何線性分析
兩端固定鉸支座，幾何線性分析：
一端固定鉸支座，一端可動鉸支座，幾何線性分析：
以上兩個分析表明，可動鉸支座不影響撓度結果。即使梁的兩端都是可動鉸支座，撓度結果也是一樣的，如下：
以上三個分析表明，在幾何線性分析條件下（針對小撓度彈性問題），可動鉸支座和固定鉸支座對撓度求解沒有區別，這個結論可以用于工程實踐。
展開 前面一篇文章主要講解了桿單元與各類單元連接的基本情況，在很多時候，我們使用梁單元的頻率要遠遠大于桿單元，因而如何處理好梁單元與各類單元的連接是做好仿真模擬的關鍵。
梁單元與桿單元不同之處在于節點除了有平動自由度之外，還附加有轉動自由度。針對2D梁單元，節點具有Ux、Uy以及Rotz三個自由度；針對3D梁單元，節點具有Ux、Uy、Uz以及Rotx、Roty、Rotz以及WaRp(僅Beam18x系列單元)。
板殼單元實際上具有五個自由度，分別為Ux、Uy、Uz以及Rotx、Roty，但很多時候引入了第六個面內轉動Rotz，但值得注意的是該自由度的含義與梁單元的Rotz含義并不相同。
2D實體單元節點自由度僅有Ux、Uy，3D實體單元節點自由度包含Ux、Uy、Uz。
從上面可見，不同單元類型其節點自由度的數目以及含義不一樣，因而在處理單元連接時，需根據實際情況分不同種類來確定其連接方法。但就梁單元而言，與各單元類型的連接可分為如下情況：
1）梁單元與殼、實體單元鉸接；
2）2D梁單元與2D實體單元剛接；
3）3D梁單元與殼單元剛接；
4）3D梁單元與3D實體單元剛接；
本篇介紹梁單元與殼、體單元的鉸接問題。
從上面介紹的三種單元節點自由度類型可見，梁單元與體單元節點的平動自由度物理意義相同，因此如果需實現梁單元與實體單元的鉸接，兩者共用節點即可；也可兩者無共用節點，但具有重合節點時，直接耦合節點的平動自由度。
然殼單元與梁單元的節點自由度除了Rotz有所不同外，其余5個自由度皆具有相同的物理意義，因而當梁單元與殼單元具有公共節點時，可認為是除了Rotz外的一種剛性連接，例如最常見的建筑結構梁板體系的模擬。
展開 這些單元可以簡單地分為“約束單元”或“連接單元”。 用戶可以在一些需要施加運動約束的場合中使用這些單元。這些約束可以簡單到鉸鏈上的具有相同的位移值，也可以復雜到包括模型的剛性部分，或者在柔性體之間以某一特定方式傳遞運動的運動約束。例如，結構中可能包含一些剛性部件或者通過轉動或滑塊約束連接在一起的運動部件。結構的剛性部分可以使用MPC184的剛性桿或剛性梁單元來模擬，運動部分可以使用MPC184的滑塊，球鉸，銷軸和萬向聯軸器單元模擬。因為這些單元使用拉格朗日乘子法實現，ANSYS能夠輸出約束反力和力矩。
約束單元
如果沒有其它說明，使用這些單元時，三維單元選項(KEYOPT(2) = 0)為默認值。
1.球鉸模型
球鉸
設置KEYOPT(1) = 5來定義二節點的球鉸。兩個節點必須重合。3維球鉸每個節點有三個自由度(x，y和z方向平移)。2維球鉸單元(KEYOPT(2) = 1)每個節點有二個自由度(x，y方向平移)。
球鉸單元的運動約束施加方式：組成單元的兩個節點平移位移保持一致；不約束轉動自由度（如果存在）
圖184.2: "MPC184球鉸約束幾何"顯示單元的幾何形狀和節點位置。單元由二個節點(I，J和K)定義。假設節點二個節點(I和J)具有相同的空間坐標。
圖184.2: MPC184球鉸約束幾何
該單元不必輸入材料剛度特性，目前不支持單元生死。
MPC184球鉸單元輸入概要總結了單元輸入參數。 MPC184球鉸單元輸出數據提供單元輸出的常用描述。
MPC184單元的假設和限制
球鉸單元限制
· 節點I和J必須重合。
· 不能在組成球鉸單元的節點上施加位移邊界條件。
· 方程求解器(EQSLV)必須選稀疏矩陣求解器。
展開 在整車碰撞中，如機罩、車門、轉向節、轉向管柱等運動件往往需要用到Dyna中不同的鉸接，常見的鉸接主要有：
1）Revolute Joint（轉動鉸）
Constraied-Joint-Revolute：轉動鉸限制三個方向的平動自由度，兩個方向轉動自由度，即只能繞下圖所示點1(2)和點3(4)形成的軸線旋轉，主要用于機艙蓋鉸鏈、車門鉸鏈、后背門鉸鏈等位置的建模。
2）Spherical Joint（球鉸）
Constraied-Joint-Spherical：球鉸限制三個方向平動自由度，不限制轉動自由度，即可繞如圖所示1(2)點旋轉，但不能平移，主要用于轉向節與轉向橫拉桿、轉向節與下擺臂、半軸等位置。
3）Universal Joint（萬向鉸）
Constraied-Joint-Universal：萬向鉸限制三個方向平動自由度，一個方向轉動自由度，可繞（1、3）軸和（2、4）軸旋轉，主要用于傳動軸萬向節、轉向管柱萬向節等。
4）Cylindrical Joint（圓柱鉸）
Constraied-Joint-Cylinderical：限制兩個方向平動自由度，兩個方向轉動自由度，可沿如下圖所示點1(2)與點3(4)形成的軸線平動或旋轉，圓柱鉸主要用于轉向管柱、減震器等位置的建模。
5） Translational Joint（滑移鉸）
Constraied-Joint-Translational：滑移鉸限值兩個方向平動自由度和三個方向轉動自由度，僅可沿下圖所示點1(2)與點3(4)形成的軸線平動，不可轉動，主要用于轉向管柱、傳動軸建模。
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導讀
作者：何佳龍，郭繼超，李雨露，李楊揚，塔松霖 （吉林大學 機械與航空航天工程學院，吉林 長春 130022）
來源：《實 驗 技 術 與 管 理》2022年10月
摘要：
