第16章 耦合和约束方程(ansys教程)

16.1.8 练习：耦合循环对称边界(续)
3.在同一位置的节点上生成适当的耦合关系 a.Choose couple coincident nodes b.Choose All Appropriate 4.不选择附在单元上的节点 a.选择entity,node attached to b.选择unselect，并单击apply 5.将新节点拷贝回原始位置(DY=-30, INC=0) a. 以Y＝－30的增量拷贝所有节点 b. 对节点号增量输入0 6. 选择everything
2. 单击OK
16.2.7 建立约束方程的过程(续)
④在相邻的区域生成约束方程： 1. 从网格较密的区域中选择节点 2. 从网格较稀的区域中选择单元 Main Menu: Preprocessor > Coupling / Ceqn > Adjacent Regions 3. 指定容差，此容差 作为单元区域中最 小单元长度的比率 4. 在约束方程中将要 使用的自由度 5. 单击OK
16.1.8 练习：耦合循环对称边界
在此练习中，由生成耦合DOF
设置来模拟有循环对称性的模 型的接触问题 1. 建模并在图形窗口中画单元 2. 在总体柱坐标系下，生成具有 Y的增量为30的节点复制件 a. 将当前坐标系变为总体柱坐 标系 b. 在当前坐标系中，以 Y=30 的增量拷贝所有的结点

建立转动自由 度和移动自由 度之间的关系
16.2.5 建立刚性区
约束方程通常被用来模拟刚性区 作用在节点(主节点)上的载荷将被恰当地分配到刚 性区的其它节点上 使用CERIG 命令(或 Preprocessor > Coupling/Ceqn > Rigid Region) • 在某些特殊情况下，全 刚性区给出了约束方程 的另一种应用 • 全刚性区和部分刚性区 的约束方程都可由程序 自动生成
生成的约束方 程数. 现存约束方 程中的节点 增量 生成的约束方 程的起始序号 ，终止序号和 增量
3.选择OK
16.2.7 建立约束方程的过程(续)
③通过“刚性区”来建立约束方程： Main Menu: Preprocessor > Coupling / Ceqn > Rigid Region > 拾取将要连在一起的结点，然后单击OK 1. 选择将要使 用的刚性区 的类型(自 由度设置)
第16章 耦合和约束方程
正如自由度约束能约束模型中确定的节点一样，耦 合和约束方程可以建立节点间的位移关系。 本章主要讨论何时需要建立、怎样建立节点间的耦 合和约束方程。 主要内容: A. 耦合 B. 约束方程

16.1 耦合

耦合是使一组节点具有相同的自由度值
除了自由度值是由求解器计算而非用户指定外，
16.1.8 练习：耦合循环对称边界(续)
7. 对所有处于同一位置的节点进行merge操作 a. Numbering controls > Merge items b. 关掉警告信息 8. 将所有的节点坐标系转到总体柱坐标系 a.Main Menu: Preprocessor > -ModelingMove/Modify > Rotate node CS to active CS b. 拾取all 9. 求解并进行后处理

1
2
A
节点 1和节点 2 重合，为了看 清分开显示
16.1.6 创建耦合设置
根据使用不同，可用多种方法进行耦合设置 ①将节点进行同方向耦合： 选择所需要的设置 接着使用 CP命令或 or Preprocessor > Coupling/Ceqn > Couple DOFs 例如, cp,,ux,all 是把所有选择节点在UX 方向上耦合
16.2.9 耦合练习-叶轮叶片(续)
3. 进入前处理器，分别定义单元类型1为SOLID95, 单 元 类 型 2 为 MESH200 。 对 MESH200 单 元 设 置 KEYOPY(1) = 5 ：
Main Menu > Preprocessor > Element Type > Add/Edit/Delete … [Add ...]
[Apply] 选择 “Not Solved” and “Mesh Facet 200”,然后按[OK] 选择[Options ...] Set K1 = “TRIA 6-NODE”,然后按[OK] [Close] 或使用命令: /PREP7 ET,1,SOLID95 ET,2,MESH200 KEYOPT,2,1,5
与约束相类似 例如:如果节点1和节点2在UX方向上耦合， 求解 器将计算节点1的UX值并简单地把该值赋值给节 点2的UX 一个耦合设置是一组被约束在一起，有着同一方向 的节点(即一个自由度) 一个模型中可以定义多个耦合，但一个耦合中只能 包含一个方向的自由度
16.1.1 耦合设置的特点
只有一个自由度卷标－如：ux,uy或temp 可含有任意节点数 任意实际的自由度方向－ux在不同的节点上 可能是不同的 主、从自由度的概念 加在主自由度上的载荷
象的节点和另一方的单元 自动计算所有必要的系数和 常数 适合于实体单元对实体单元， 2-D 或 3-D
16.2.4 连接不同类型的单元
如果需要连接自由度集不同的单元类型，则要求写出 约束方程以便于从一类单元向另一类单元传递载荷: 梁与实体或垂直于壳的梁 壳与实体 命令： CE 命令 (Preprocessor > Coupling/Ceqn > Constraint Eqn)
2. 单击OK
16.2.7 建立约束方程的过程(续)
②以现有的约束方程为基础生成约束方程： 1. 生成第一个约束方程: Main Menu: Preprocessor > Coupling / Ceqn > Constraint Eqn 2. 生成其余的约束方程: Main Menu: Preprocessor > Coupling/Ceqn > Gen w/Same DOF
16.2.9 耦合练习-叶轮叶片
说明： 对叶轮的 30°扇区使用耦合。 确定叶片在绕 Z 轴 1000 弧度 / 秒 角速度载荷下的 von Mises 应力 分布。
16.2.9 耦合练习-叶轮叶片(续)
载荷和材料 特性
16.2.9 耦合练习-叶轮叶片(续)
1. 按教师指定的工作目录，用“cp-blade”作为作业名， 进入 ANSYS。 2. 恢复“cp-blade.db1”数据库文件: Utility Menu > File > Resume from … 或使用命令: RESUME,cp-blade,db1
16.1.6 创建耦合设置(续)

④不在同一位置节点间的耦合，如循环对称: 首先确保所有要耦合的节点都被选择。 然后使用命令 CPCYC 或 Preprocessor > Coupling/Ceqn > Offset Nodes 例如：cpcyc,all,,1, 0,30,0 把圆心角相差 30º 的对应节点的各自由度进 行耦合(注：当前KCN选项是总体柱坐标系)
16.1.6 创建耦合设置(续)

③同一位置节点间的耦合： 首先确保所有要耦合的节点都被选择 接着使用命令 CPINTF 或 Preprocessor > Coupling/Ceqn > Coincident Nodes 例如：cpintf,uy 同一位置的所有节点在UY上耦合(包含 0.0001的 缺省误差)
16.2.1 约束方程的特点
约束方程的特点 自由度卷标的任意组合 任意节点号 任意实际的自由度方向 ――在不同的节点上 ux可能不同
16.2.2 一般应用
连接不同的网格 • 实体与实体的界面 • 2 － D或 3 － D • 相同或相似的单元类型 • 单元面在同一表面上，但结点位置不重合 连接不同类型的单元 • 壳与实体 • 垂直于壳或实体的梁 建立刚性区 过盈装配

输入耦合设置参考号 ，选择自由度卷标
16.1.6 创建耦合设置(续)
②在零偏移量的一组节点之间生成附加耦合关系: Main
Menu: Preprocessor > Coupling / Ceqn > Gen w/Same Nodes
1. 输 入 现 存 耦 合 设置的参考号
2. 对 每 个 设 置 指 定 新的自由度卷标 3. 单击OK

16.1.2 一般应用
施加对称条件 无摩擦界面 铰接

如：用耦合施加循环对称 性，在循环对称切面上的 对应位置实施自由度耦合
16.1.3 施加对称条件
耦合自由度常被用来施加移动或循环对称性条件。 这可以保证平面截面依然是平面。例如： -对圆盘扇区模型 (循环对称)，应使两个对称边界上 的对应节点在各个自由度上耦合。 对锯齿形模型的半齿模型(平移对称)，应使一个 边上的节点在各自由度上耦合

关于此边对称
这些节点的所有 自由度都要耦合
16.1.3 施加对称条件(续)

考虑在均匀轴向压力下的空心长圆柱体，此3－D结 构可用下面右图所示的2－D轴对称模型表示
y y
11
x 1
12
2
13
3
14
4
15
5 x
由于结构的对称性， 上 面 的 一 排 结 点 在轴 向上的位移应该相同
16.1.4 无摩擦界面
16.1.7 关于耦合的说明

记忆要点: 耦合中的自由度方向 (UX, UY, 等)是节点坐标系 中的方向 求解器只保留耦合中的第一个自由度，并把它作 为主自由度，而不保留其余自由度 施加在耦合节点上的载荷 ( 在耦合自由度方向 ) 求 和后作用在主节点上 耦合自由度上的约束只能施加在主节点上

16.2.3 连接不同的网格
两个已划分网格的实体部分在某个面相连接，若它们 的节点不相同，可以通过建立约束方程来建立连接 处理此类情况最容易的方法是使用 CEINTF命令 (Preprocessor > Coupling/Ceqn > Adjacent Regions)

首先选择网格划分较细的对
16.2 约束方程

约束方程定义了节点自由度间的线性关系
若两个自由度耦合, 它们的简单关系是UX1=UX2 约束方程是耦合的更一般形式，允许写诸如 UX1
+ 3.5*UX2 = 10.0的约束方程 在一个模型中可以定义任意多个约束方程 另外，一个约束方程可以包含任意数量的节点和自 由度的集合。约束方程的一般形式是: Coef1 * DOF1 + Coef2 * DOF2 + Coef3 * DOF3 + ... = Constant
16.2.8 练习：在蜗轮叶片上建立约束方程
在此练习中，将使 用约束方程将具有 不同单元类型和不 同网格的两部分连 接起来。这两部分 分别是涡轮叶片段 及叶片连接的基座
Blade
Base
16.2.8 练习：在蜗轮叶片上建立约束方程(续)
1. 建模并划分单元 2. 选择基座上的单元(mat2) 3. 选择叶片底面上的节点 a.首先，unselect附在底座单元上的节点(接第2步) b.然后，在位置Z＝0处reselect节点 4.在所选的相邻区域生成约束方程. 5.选择everything 6.求解并进行后处理
如果满足下列条件，则可用耦合自由度模拟接触面 表面保持接触 几何线性分析(小变形) 忽略摩擦 在两个面上，节点是一一对应的 通过耦合垂直于接触面的重合节点来模拟接触面 分析仍然是线性的 无间隙收敛性问题

在竖向耦合 每对节点
16.1.5 铰接
耦合可用来模拟铰接，如：万向节、铰链 借助力矩释放可模拟铰接：只耦合连接节点间的位 移自由度，不耦合旋转自由度 例如：下图中，若 A 处重合两节点在 UX 、 UY 方向 上耦合，旋转不耦合，则A连接可模拟成铰接

16.2.6 过盈装配
同接触耦合相类似，但在两界面间允许 有过盈量或间隙 典型方程: 0.01 = UX (node 51) - UX (node 251)

16.2.7 建立约束方程的过程
①人工建立约束方程的菜单路径： Main Menu: Preprocessor > Coupling / Ceqn > Constraint Eqnwk.baidu.com1. 输入常数 项、节点 号、自由 度卷标和 方程系数