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1、2023/7/1,1,第三章耦合和约束方程,2023/7/1,2,在完成此章的学习之后，给出一个已经划分好网格的模型的数据库文件，我们应该能够使用耦合或约束方程来建立节点自由度之间的联系,ModuleObjective,第一讲 耦合3-1.定义耦合设置3-2.说明耦合的三种普遍应用.3-3.采用3种不同的方法建立耦合关系.第二讲 约束方程3-4.定义“约束方程”3-5.说明约束方程的四种普遍应用3-6.采用四种不同的方法生成约束方程.,LessonObjectives,第三章 目标,2023/7/1,3,第一讲耦 合,4,耦合设置,Objective,3-1.定义“耦合设置”,一个耦合设置是一
2、组被约束在一起，有着相同大小，但值未知的自由度耦合设置的特点：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,Definition,5,耦合的一般应用,1.施加对称性条件：耦合自由度常被用来实施移动或循环对称条件.考虑在均匀轴向压力下的空心长圆柱体，此3D结构可用下面右图所示的2D轴对称模型表示.,x,y,x,y,1,2,3,4,5,11,12,13,14,15,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,Objective,3-2.说明耦合的三种一般性应用.,6,耦合的一般性应用（
3、续）,2.无摩擦的界面 如果满足下列条件，则可用耦合自由度来模拟接触面:表面保持接触,此分析是几何线性的（小变形）忽略摩擦在两个界面上，节点是一一对应的.通过仅耦合垂直于接触面的移动来模拟接触.优点:分析仍然是线性的无间隙收敛性问题,7,3.铰接耦合可用来模拟力耦松弛松，例如铰链、无摩擦滑动器、万向节,耦合的一般性应用（续）,考虑一个2D的梁模型，每个节点上有三个自由度ux、uy和rotz，A点为一铰链连接。将同一位置节点的自由度ux、uy耦合起来。,1,2,A,节点1和节点2处于同一位置，但为于清楚起见，在图上分开显示。.,为了模拟铰接，将同一位置两个节点的移动自由度耦合起来，而不耦合转动自
4、由度,8,耦合的一般性应用（续）,在循环对称切面上的对应位置实施自由度耦合。,用耦合施加循环对称性,9,建立耦合关系,Objective,3-3.通过三种不同的办法建立耦合关系,进入人为地创建耦合关系的菜单路径:Main Menu:Preprocessor Coupling/Ceqn Couple DOFs,2.单击OK,1.拾取将要耦合的结点,3.输入耦合设置参考号，选择自由度卷标.,4.单击OK.,10,建立耦合关系（续）,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,3.单击OK,1.
5、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.,11,建立耦合关系（续）,在同一位置的节点之间自动生成耦合关系:Main Menu:Preprocessor Coupling/Ceqn Coincident Nodes,1.指定自由度卷标.,2.指定节点位置的容差,3.单击OK,12,练习用耦合关系来模拟接触,在此练习中，将用耦合/约束选项在两部分间产生耦合DOF设置来模拟接触问题,1.恢复数据库cpnorm.db1，并在图形窗口中画单元.2.在重合节点的所有节点对上建立UY耦合关系a.选择耦合重合的结点.b.拾取UY3.求解并进行后处理,13,练习耦合循环对称边界,Exerc
6、ise,1.以作业名“cprot”进入ANSYS2.恢复数据库文件“cprot.db1”并在图形窗口中画单元.3.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Y30的增量拷贝所有的结点.4.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.5.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.6.将新节点拷贝回原始位置(DY=-30,INC=0).,在此
7、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,14,练习耦合循环对称边界（续）,a.以Y30的增量拷贝所有节点.b.对节点号增量输入0.7.选择everythry8.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.9.将所有的节点坐标系转到总体柱坐标系a.Main Menu:Preprocessor-Modeling-Move/Modify Rotate node CS to active CS.b.拾取all10.求解并进行后处理.,2023/7/1,15,第二讲 约束方程,16,约束方程,Ob
8、jective,3-4.定义“约束方程”,约束方程定义节点自由度之间的线性关系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.例Constant=Coef1*DOF1+Coef2*DOF2+.,Definition,17,约束方程的应用,1.连接不同的网格:实体与实体的界面2D或3D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,Objective,3-5.35说明约束方程的四种应用.,18,约束方程的应用（续）,建立转动自由度和移动自由度之间的关系,2.连接不相似的单元类型:壳与实体垂直于壳或实体的梁.,19,3.建立刚性区在某些特
9、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,约束方程的应用（续）,20,4.过盈装配与接触耦合相似，但在两个界面之间允许有过盈量或穿透典型方程:0.01=UX(node 51)-UX(node 251),约束方程的应用（续）,21,建立约束方程的过程,Objective,3-6.采用四种不同的方法建立约束方程.,人工建立约束方程的菜单路径：Main Menu:Preprocessor Coupling/Ceqn Constraint Eqn,2.单击OK.,1.输入常数项，节点号，自由度卷标和方程系数.,22,建立约束方程的过程（续）,以现有的
10、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.,生成的约束方程数.,现存约束方程中的节点增量,3.选择 OK,生成的约束方程的起始序号，终止序号和增量,23,建立约束方程的过程（续）,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
11、使用的刚性区的类型（自由度设置）,2.单击OK,24,建立约束方程的过程（续）,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.,5.单击OK,4.在约束方程中将要使用的自由度,25,练习在蜗轮叶片上建立约束方程,Exercise,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,1.恢复数据库文件（eblade.db1）并在图形窗口中显示单元.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）,4.在所选的相邻区域生成约束方程.5.选择everything6.求解并进行后处理.,Base,Blade,b.然后，在位置Z0处reselect节点,
