耦合.docx
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耦合.docx
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耦合
这个很简单,用单元ET63,给你个例子,你自己摸索下吧,《APDL参数化有限元分析技术及其应用实例》这本书里有较详细的做法
finish
/clear
/prep7
ET,1,SHELL63
rect,,20,,10
lesize,1,,,40
lesize,2,,,20
mshape,0,2d
mshkey,1
amesh,1
*GET,mxnode,NODE,,COUNT,,,,
*dim,thick,,mxnode
*do,node,1,mxnode
thick(node)=1+0.1*nx(node)+0.01*ny(node)**2
*enddo
rthick,thick,,,,
[[i]本帖最后由dzy0530于2008-6-2210:
16编辑[/i]]
ganea发表于2008-6-2212:
07
谢谢dzy0530的帮助,由于我手头没有《APDL参数化有限元分析技术及其应用实例》这本书,想问问你do循环里这句,thick(node)=1+0.1*nx(node)+0.01*ny(node)**2的具体含义
suo69发表于2008-6-2213:
06
轴承加载,求教
如何使用函数施加集中载荷,向高手请教,谢谢!
dzy0530发表于2008-6-2213:
58
[quote]原帖由[i]ganea[/i]于2008-6-2212:
07发表[url=
谢谢dzy0530的帮助,由于我手头没有《APDL参数化有限元分析技术及其应用实例》这本书,想问问你do循环里这句,thick(node)=1+0.1*nx(node)+0.01*ny(node)**2的具体含义[/quote]
就是单元的厚度根据节点的位置来定,后面是一个函数,你想要你的单元变化根据坐标怎么变化就怎么定义这个函数啊
yulinling159发表于2009-3-3009:
46
这虽然也是个变厚度问题,但是和帖子里边的问题是不相关的,毕竟帖子里不知道具体坐标,只知道一些参数,而根据具体坐标来变换就是一个比较难点的问题了哈哈希望我没有胡说
ansys中杆梁壳体单元耦合问题
一般来说,按“杆梁壳体”单元顺序,只要后一种单元的自由度完全包含前一种单元的自由度,则只要有公共节点即可,不需要约束方程,否则需要耦合自由度与约事方程。
例如:
(1)杆与梁、壳、体单元有公共节点即可,不需要约束方程。
(2)梁与壳有公共节点即可,也不需要约束写约束方程;壳梁自由度数目相同,自由度也相同,尽管壳的rotz是虚的自由度,也不妨碍二者之间的关系,这有点类同于梁与杆的关系。
(3)梁与体则要在相同位置建立不同的节点,然后在节点处耦合自由度与施加约束方程。
(4)壳与体则也要相同位置建立不同的节点,然后在节点处耦合自由度与施加约束方程。
举例:
有一长为100mm的矩形截面梁,截面为10X1mm,与一规格为20mmX7mmX10mm的实体连接,约束实体的端面,在梁端施加大小为3N的y方向的压力,梁与实体都为一材料,弹性模量为30Gpa,泊松比为0.3。
本例主要讲解梁与实体连接处如何利用耦合及约束方程进行处理。
命令流如下:
FINI
/CLE
/FILNAME,BEAM_AND_SOLID_ELEMENTS_CONNECTION!
定义工作文件名
/TITLE,COUPLE_AND_CONSTRAINT_EQUATION!
定义工作名
/PREP7
ET,1,SOLID95!
定义实体单元类型为SOLID95
ET,2,BEAM4!
定义梁单元类型为BEAM4
MP,EX,1,3E4!
定义材料的弹性模量
MP,PRXY,1,0.3!
定义泊松比
R,1!
定义实体单元实常数
R,2,10.0,10/12.0,1000/12.0,10.0,1.0!
定义梁单元实常数
BLC4,,,20,7,10!
创建矩形块为实体模型
WPOFFS,0,3.5!
将工作平面向Y方向移动3.5
WPROTA,0,90!
将工作平面绕X轴旋转90度
VSBW,ALL!
将实体沿工作平面剖开
WPOFFS,0,5!
将工作平面向Y方向移动5
WPROTA,0,90!
将工作平面绕X轴旋转90度
VSBW,ALL!
将实体沿工作平面剖开
WPCSYS,-1!
将工作平面设为与总体笛卡儿坐标一致
K,100,20,3.5,5!
创建关键点
K,101,120,3.5,5!
创建关键点
L,100,101!
连接关键点生成梁的线实体
LSEL,S,LOC,X,21,130!
选择梁线
LATT,1,2,2!
指定梁的单元属性
LESIZE,ALL,,,10!
指定梁上的单元份数
LMESH,ALL!
划分梁单元
VSEL,ALL!
选择所有实体
VATT,1,1,1!
设置实体的单元属性
ESIZE,1!
指定实体单元尺寸
MSHAPE,0,2D!
设置实体单元为2D
MSHKEY,1!
设置为映射网格划分方法
VMESH,ALL!
划分实体单元
ALLS!
全选
FINI!
退出前处理
!
------------------------
/SOLU!
进入求解器
ASEL,S,LOC,X,0!
选择实体的端面
DA,ALL,ALL!
约束实体端面
ALLS!
全选
FK,101,FY,-3.0!
在两端施加Y向压力
CP,1,UX,1,21!
耦合节点1和节点21X方向自由度
CP,2,UY,1,21!
耦合节点1和节点21Y方向自由度
CP,3,UZ,1,21!
耦合节点1和节点21Z方向自由度
CE,1,0,626,UX,1,2328,UX,-1,1,ROTY,-ABS(NZ(626)-NZ(2328))!
设置约束方程
CE,2,0,67,UX,1,4283,UX,-1,1,ROTZ,-ABS(NY(67)-NY(4283))!
设置约束方程
CE,3,0,67,UZ,1,4283,UZ,-1,1,ROTX,-ABS(NY(67)-NY(4283))!
设置约束方程
ALLS!
全选
SOLVE!
保存
FINI!
退出求解器
!
------------------------
/POST1!
进入通用后处理
PLNSOL,U,Y,0,1.0!
显示Y方向位移
PLNSOL,S,EQV,0,1.0!
显示等效应力
ETABLE,ZL1,SMISC,1!
读取梁单元上I节点X方向的力
ETABLE,ZL2,SMISC,7!
读取梁单元上J节点X方向的力
ETABLE,MZ1,SMISC,6!
读取梁单元上I节点Z方向的力矩
ETABLE,MZ2,SMISC,12!
读取梁单元上J节点Z方向的力矩
PLETAB,ZL1!
显示梁单元X方向的力
PLETAB,MZ1!
显示梁单元Z方向力矩
!
**********************************************
上面所述的不同单元之间的接连方法主要是用耦合自由度和约束方程来实现的,有一定的局限性,只适用于小位移,下面介绍一种支持大位移算法的方法,MPC法。
MPC即MultipointConstraint,多点约束方程,其原理与前面所说的方程的技术几乎一致,将不连续、自由度不协调的单元网格连接起来,不需要连接边界上的节点完全一一对应。
MPC能够连接的模型一般有以下几种。
solid模型-solid模型
shell模型-shell模型
solid模型-shell模型
solid模型-beam模型
shell模型-beam模型
在ANSYS中,实现上述MPC技术有三种途径。
(1)通过MPC184单元定义模型的刚性或者二力杆连接关系。
定义MPC184单元模型与定义杆的操作完全一致,而MPC单元的作用可以是刚性杆(三个自由度的连接关系)或者刚性梁(六个自由度的连接关系)。
(2)利用约束方程菜单路径MainMenu>preprocessor>Coupling/Ceqn>shell/solidInterface创建壳与实体模型之间的装配关系。
(3)利用ANSYS接触向导功能定义模型之间的装配关系。
选择菜单路径MainMenu>preprocessor>Modeling>Creat>ContactPair,弹出一序列的接触向导对话框,按照提示进行操作,在创建接触对前,单击Optionalsetting按钮弹出Contactproperties对话框,将Basic选项卡中的Contactalgorithm即接触算法设置为MPCalgorithm。
或者,在定义完接触对后,再将接触算法修改为MPCalgorithm,就相当于定义MPC多点约束关系进行多点约束算法。
选择要模拟铰接的两个点,限制平移自由度及部分转动自由度(可能需要建立局部坐标)
下例为模拟x相可转的铰链
cp,next,ux,点1,点2!
x平移自由度限制
cp,next,uy,点1,点2!
y平移自由度限制
cp,next,uz,点1,点2!
z平移自由度限制
cp,next,roty,,点1,点2!
y转动自由度限制
cp,next,rotz,,点1,点2!
z平移自由度限制
更简单的是选用带铰链的单元模拟铰链,如Beam44单元,可以通过释放节点自由度模拟铰链
耦合
当生成模型时,典型地是用单元去连接节点以建立不同自由度间的关系,但是,有时需要能够刻划特殊细节(刚性区域结构的铰链连接,对称滑动边界,周期条件,和其他特殊内节点连接等)。
这些用单元不足以来表达。
可用耦合和约束方程来建立节点自由度间的特殊联系,利用这些技术能进行单元做不到的自由度连接。
1)
什么是耦合
当需要迫使两个或多个自由度(DOFs)取得相同(但未知)值,可以将这些自由度耦合在一起,耦合自由度集包含一个主自由度和一个或多个其他自由度。
耦合只能将主自由度保存在分析的矩阵方程里,而将耦合集内的其他自由度删除。
计算的主自由度值将分配到耦合集内的所有其他自由度中去。
典型的耦合自由度应包括:
部分模型包含对称;在两个重复节点间形成销钉,铰链,万向节和滑动连接;迫使模型的一部分表现为刚体。
2)
如何生成耦合
命令:
cp
GUI:
preprocessor——coupl/ceqn——coupleDOF
在生成一个耦合节点之后,通过执行一个另外的耦合操作(保证用相同的参考编号集)将更多节点加到耦合集中。
也可用选择逻辑来耦合所选节点的全部耦合。
可用cp命令输入负的节点号来删除耦合集合中的节点。
要修改一耦合自由度(即增删节点或改变自由度标记)用CPNGEN命令(无GUI)
CPINTF命令通过在对每对重合节点上定义自由度标记生成一耦合集而实现对模型重合节点的耦合。
此操作对“扣紧”几对节点(诸如一条缝)尤为有用
命令:
CPINTF
GUI:
preprocessor——couple/ceqn——coincidentnodes
除耦合重复节点外,还可用下列替换方法迫使节点有相同的变现方式:
1如果对重复节点所有自由度都要耦合,通常用NRMMRG(numbering——mergeit)将这些节点合并起来更方便;
2可用EINTF命令(create——element——atcoincident)在重复节点生成2节点单元连接
3用EINTF(preprocessor——couple/ceqn——adjacentrejoins)将两个不相似网格模式的区域连接起来,这项操作使一个区域的选定节点与另一个区域的选定单元连接起来生成约束方程
4用下列方法以相同的节点号但与已有模式集不同的自由度标记生成新的耦合集
命令:
CPSGEN
GUI:
preprocessor——couple/ceqn——genw/samnode
5用下列方法生成与已有耦合集不同(均匀增加的)节点编号但有相同的自由度标记的新耦合集
命令:
CPSGEN
GUI:
couple/ceqn_genw_samdof
6用下列方法对耦合自由度集列表
命令:
CPLIST
GUI:
list——other——coupleset
7用下列方法删除耦合
命令:
CPDELE
GUI:
couple/ceqn——delcouplesets(删除集)必须用cpngen命令或cp命令以耦合集中删除特定的节点!
3)
耦合的其他条件
1每个耦合的节点都在节点坐标系下进行耦合操作,通常应当保持节点坐标系一致性
2自由度是在一个集内耦合而不是集之间耦合,不允许一个自用度出现在多于一个耦合集中
3接地自由度(由D或其他约束命令指定自由度值)不能包括在耦合集合中
4在减缩自由度分析中,如果主自由度要从耦合自由集中选取,只有主要自由度才能被指定为主自由度(不能指定耦合集中的删除自由度为主自由度)
5在结构分析中,耦合自由度以生成以刚体区域有时会引起明显的平衡破坏不重复的或不与耦合位移方向一致的一个耦合节点集会产生外加力矩但不会出现在反力中.
CP,nset,lab,node1,node2,……node17
定义或改变耦合节点自由度
PREP7:
CoupledDOF
nset:
耦合组编号
设置如下:
n:
随机设置数量
HIGH:
使用最高定义的耦合数量(如果Lab=all,此为默认值)。
该选项用于在已有组中增加节点。
NEXT:
将定义的最高耦合数量增加1。
该项用于在现有组未改变时自动定义耦合组。
Lab:
耦合节点的自由度。
定义类型随NSET所选类型改变:
结构类:
UX,UY,orUZ(位移);ROTX,ROTY,orROTZ(角度);
热分析类:
TEMP,TBOT,TE2,TE3,...,TTOP(温度);
流体分析类:
PRES(压力);VX,VY,orVZ(速率);
电子类:
VOLT(电压);EMF(电场耦合值);CURR(电流).
磁分析类:
MAG(标量磁位差);AX,AY,orAZ(矢量磁位差);CURR(电流).
Explicitanalysislabels:
UX,UY,orUZ(位移)。
node1~node17:
待耦合的节点号。
输入相同的节点号会被忽略。
如果某一节点号为负,则此节点从该耦合组中删去。
如果node1=all,则所有选中节点加入该耦合组。
注意:
1,不同自由度类型将生成不同编号
2,不可将同一自由度用于多套耦合组
耦合自由度的结果是耦合组中的一个元素与另一个元素有相同的属性。
耦合可以用于模型不同的结点和联结效果。
一般定义耦合可以使用约束公式(CE)。
对结构分析而言,耦合节点由节点方向定义。
耦合的结果是,这些节点在指定的结点坐标方向上有相同的位移。
对于一组没有定义位移的耦合节点,可能会产生应力弯矩,这些弯矩不是由作用力产生的。
对特定节点的实际自由度是由元素类型(ET)所指定的。
例如,BEAM3的自由度是UX,UY和ROTZ。
对标量场分析,该命令用于耦合节点的温度、压力、电压等等。
对显式动力分析,耦合只能用位移参数(UX、UY和UZ)。
由于不允许旋转位移(ROTX、ROTY、ROTZ),CP命令不可用于对刚体模型的显式分析,因为其中包含旋转特性。
如果用了CP,可能会导致非物理响应。
一组耦合节点,如果坐标不重合,或者没有分布在一条与约束自由度同方向的直线上,会产生虚假的弯矩约束。
(错误的原文:
如果有一组没有定义的耦合节点,或没有定义耦合位移,会产生假的弯矩约束。
)如果结构旋转,弯矩可能产生耦合组中由耦合力产生。
这个弯矩与实际作用力无关,而只考虑应力和作用力不会得到满意结果。
然而要注意,对显式动力分析来说,假弯矩不会产生。
确切来说,只有应力和作用力可以在模型中产生弯矩。
因此,在显式分析中,对耦合节点来说大量的节点位移依靠耦合中心的位移,位移的方向则依靠实际的弯矩。
这在某些情况下可能产生非物理反应。
附加的耦合节点由指定耦合产生。
自由度数可以由耦合定义,但是不可以定义两次。
Suchanappearancewouldindicatethatatleasttwosetswereinfactpartofasinglelargerset(这句不理解).耦合组的第一自由度是“主要”自由度。
耦合组的其它自由度会从求解矩阵中消除,因为它们与主要自由度的联系。
应力对耦合节点(在耦合自由度数方向)会被计算,并应用在主要自由度上。
输出荷载也会同时计算在主要自由度上。
由指定约束(D)指定的自由度数不会包含耦合组(除非自由度是主自由度)。
如果耦合节点的主自由度被定义,只有主自由度会被定义上。
使用耦合节点会在一个自由度上产生耦合自由度。
波面会同步减少;而且整体刚度矩阵(或传导性)计算时间会减少。
对流体分析,用PERI的CP命令可以应用周期边界条件。
企图使用CP命令可能导致不希望的结果。
ANSYS等有限元软件里面,可以对某些节点中的全部或部分自由度进行耦合,从而实现这些不同节点的自由度具有相同的计算数值。
我看了一下相关的说明,但是大家都是说如何应用实现的,而没有涉及到底层的理论。
若是自己对某些结构动力学问题进行编程分析,应该如何实现对多个节点的自由度耦合?
具体在刚度和质量矩阵上或者求解方法上进行哪些特殊操作来达到这个目的?
欢迎讨论,谢谢指点。
欧阳中华发表于2010-11-2707:
44
.
如果希望结构系统某节点一些自由度从属另外节点的另一些自由度,那么建立系统刚度矩阵和质量矩阵照样,只是系统求解方程编号时将从属节点那些自由度的方程编号用需要从属主节点自由度的方程编号,这样就保证了从属自由度的解是一样的了。
。
。
redstar发表于2010-11-2708:
49
[i=s]本帖最后由redstar于2010-11-2713:
35编辑[/i]
欧阳教授的意思是不是这样:
含从属自由度(属于第n个节点)的方程里面的从属自由度,例如x_{nx},x_{ny},用主自由度(属于第n-1个节点)的x_{(n-1)x},x_{(n-1)y}强制替换,得到的自由度向量为{x1x,x1y.....,x_{(n-1)x},x_{(n-1)y},x_{(n-1)z}...x_{nx},x_{ny},x_{nz}...}这样的形式,然后根据此时的系统方程整理整合质量矩阵和刚度矩阵,使得位移向量为只含单一未知量形式的自由度向量,总自由度数减少2,处理完毕后再进行求解。
不知道我的理解对不对,请欧阳教授继续进行指点,谢谢。
另外,请问定义哪个自由度为主自由度,哪个为从属自由度,对结果有没有影响呢?
(因为从方程的角度来说,按照我上面的理解,应该是没有影响的。
但是从对实际结构的影响的角度来说呢?
)
欧阳中华发表于2010-11-2709:
09
.
通常有限元程序是先确定系统的未知自由度数,并对其进行编号,然后单元矩阵组装时是根据单元节点自由度对应系统节点自由度编号叠加到系统矩阵中去的。
如果是存在主从节点的关系,实际上就是从节点自由度不参与系统矩阵,只是主节点自由度求解得到后,从节点自由度与主节点自由度相等。
主节点可以有一个以上从节点,从节点只可以从属一个主节点...
redstar发表于2010-11-2709:
22
那么在形成系统矩阵时,与从节点相连的单元矩阵里的元素如何处理呢?
不可能不管吧?
欧阳中华发表于2010-11-2710:
42
.
有限元系统矩阵(如总刚度矩阵、总质量矩阵..)生成就是单元矩阵向系统矩阵的组装,组装时的“对号入座”就是根据系统节点未知自由度的编号,也就是有限元对应代数方程未知量的编号,从节点实际上不存在未知数,最后就是用对应主节点代替的,涉及到单元的相关部分就没有组装了...
系统矩阵的维数也是减少的...
欧阳中华发表于2010-11-2710:
49
.
为了说明问题,一个系统可以所有节点的自由度都从属系统质心的自由度,那么不管系统所有节点的多少,最后的问题只是质点自由度有关的几个方程了,典型的就是理论力学的刚体运动,知道质心运动就可以推导出刚体处处的运动...,不管刚体多大,质心运动方程数最多6个...
Rainyboy发表于2010-11-2712:
38
[i=s]本帖最后由Rainyboy于2010-11-2713:
51编辑[/i]
[b]回复8#[url=forum.php?
mod=redirect&goto=findpost&pid=501859&ptid=97839][color=Olive]欧阳中华[/color]的帖子[/url][/b]
我也来参与讨论哈。
假如我们有这样的结构(所有的弹簧都是一维的,每个节点只有一个自由度):
那么描述这个结构的有限元方程为:
如果我们将3和4节点耦合自由度,则结构变为:
那么描述这个结构的有限元方程为:
即在[color=#0000FF][b]组集方程[/b][/color]的时候将本来算作u4自由度的部分组集到u3自由度上去:
[b][color=#0000FF]
[/color][/b]
[b][color=#0000FF]
[/color][/b]
[b][color=#0000FF]而在u4自由度只保证其与u3相等即可:
[/color][/b]
[color=#0000FF][b]u4=u3
[/b][/color]
redstar发表于2010-11-2713:
24
[quote][size=2][color=#999999]欧阳中华发表于2010-11-2710:
42[/color][url=forum.php?
mod=redirect&goto=findpost&pid=501857&ptid=97839][img]static/image/common/back.gif[/img][/url][/size]
.
有限元系统矩阵(如总刚度矩阵、总质量矩阵..)生成就是单元矩阵向系统矩阵的组装,组装时的“对号入...[/quote]
从节点的单元部分没有参与组装?
那么拿一个例子来说:
对于两个梁单元E1和E2,假设它们相邻的两个节点N2和N3为铰接形式,平移自由度一致,角度自由度不同。
每个节点都有和它相关的单元矩阵K1,K2,M1、M2。
设1为主节点,2为从节点,我感觉此时不可能忽视从节点M2和K2的元素的,否
则与事实不符了。
不知道我这么理解是否正确,请欧阳教授继续指点,谢谢。
redstar发表于2010-11-2713:
27
[quote][size=2][color=#999999]Rainyboy发表于2010-11-2712:
38[/color][url=forum.php?
mod=redirect&goto=findpost&pid=501885&ptid=97839][img]static/image/common/back.gif[/img][/url][/size]
回复8#欧阳中华的帖子
我也来参与讨论哈。
[/quote]
谢谢Rainyboy,不过你的
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