ANSYS耦合详解
ANSYS耦合详解
ansys学习－耦合与约束方程1 耦合当需要迫使两个或多个自由度取得相同（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它自由度。
典型的耦合自由度应用包括："模型部分包含对称；"在两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。
如何生成耦合自由度集1.在给定节点处生成并修改耦合自由度集命令：CPGUI: Main Menu>Preprocessor>Coupling / Ceqn>Couple DOFs在生成一个耦合节点集之后，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来。
也可用选择逻辑来耦合所选节点的相应自由度。
用CP命令输入负的节点号来删除耦合集中的节点。
要修改一耦合自由度集（即增、删节点或改变自由度标记）可用CPNGEN命令。
（不能由GUI直接得到CPNBGEN命令）。
2.耦合重合节点。
CPINTF命令通过在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中重合节点的耦合。
此操作对“扣紧”几对节点（诸如一条缝处）尤为有用。
命令：CPINTFGUI: Main Menu>Preprocessor>Coupling / Ceqn>Coincident Nodes3.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表现方式：o如果对重复节点所有自由度都要进行耦合，常用NUMMRG命令（GUI：MainMenu>Preprocessor>Numbering Ctrls>Merge Items）合并节点。
o可用EINTF命令（GUI：Main Menu> Preprocessor>Create> Elements >At Coincid Nd）通在重复节点对之间生成2节点单元来连接它们。
o用CEINTF命令（GUI：Main Menu>Preprocessor> Coupling/Ceqn >Adjacent Regions）将两个有不相似网格模式的区域连接起来。
ansys多物理场耦合技术和方法
ANSYS是一种广泛应用于工程领域的仿真软件，它提供了多物理场耦合分析的能力，用于模拟和解决多个物理现象相互作用的问题。
以下是ANSYS多物理场耦合技术和方法的一些常见应用：1. 结构-热耦合（Thermo-Structural Coupling）：这种耦合方法用于分析结构在热载荷下的变形和应力响应。
它可以考虑热传导、热辐射、温度梯度等对结构性能的影响，并通过结构和热传导方程之间的相互作用来解决这些问题。
2. 结构-电磁耦合（Electromagnetic-Structural Coupling）：这种耦合方法用于研究结构在电磁场作用下的响应。
它可以考虑电磁场的电流、磁场、电磁感应等对结构的影响，并通过结构和电磁场方程之间的相互作用来解决这些问题。
3. 流体-结构耦合（Fluid-Structure Interaction, FSI）：这种耦合方法用于模拟流体和结构之间的相互作用。
它可以考虑流体力学中的压力、速度、湍流、流体-固体界面等对结构的影响，以及结构对流体的阻力、振动等反馈作用。
4. 流体-热耦合（Fluid-Thermal Coupling）：这种耦合方法用于模拟流体和热传导之间的相互作用。
它可以考虑流体在流动过程中的热对流、辐射等对热传导的影响，以及热传导对流体温度分布的影响。
5. 电磁-热耦合（Electromagnetic-Thermal Coupling）：这种耦合方法用于模拟电磁场和热传导之间的相互作用。
它可以考虑电磁能量的吸收、热产生和热扩散等对系统温度分布的影响，以及温度对电磁特性的影响。
以上只是ANSYS多物理场耦合技术和方法的一些例子，实际中还有其他类型的耦合分析，如声-结构耦合、声-流体耦合等。
通过使用这些耦合技术和方法，工程师可以更准确地模拟和分析不同物理场之间的相互作用，从而更好地优化设计和解决实际问题。
ANSYS单元节点自由度耦合
ANSYS自由度耦合当生成模型时，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：CPGUI：Preprocessor——Coupl/Ceqn——Couple DOF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:CPINTFGUI：Preprocessor——Coupl/Ceqn——Coincident nodes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——at coincident）在重复节点生成2节点单元连接；（3）用EINTF(preprocessor——couple/ceqn——adjacent rejoins)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。
ansys热流双向耦合+结构单向耦合
ANSYS软件是一种强大的有限元分析软件，广泛应用于工程领域的热流双向耦合和结构单向耦合分析。
本文将从热流双向耦合和结构单向耦合的基本原理、ANSYS软件的应用方法以及应用案例等方面进行介绍和分析。
一、热流双向耦合的基本原理1. 热流双向耦合是指热传导和流体流动之间相互影响的耦合分析方法。
2. 在热流双向耦合分析中，热传导和流体流动之间存在相互影响的物理过程。
热传导会导致流体的温度分布发生变化，而流体的流动又会影响热传导的过程。
3. 热流双向耦合分析可以用于模拟汽车发动机的冷却系统、航空发动机的燃烧室等工程问题，对于研究热传导和流体流动之间的复杂耦合现象具有重要意义。
二、结构单向耦合的基本原理1. 结构单向耦合是指结构应力和温度之间的单向耦合分析方法。
2. 在结构单向耦合分析中，结构的应力状态会随着温度的变化而发生变化，而温度的变化不会受到结构应力的影响。
3. 结构单向耦合分析可以用于模拟航空航天器在进入大气层时的热应力行为、电子器件的热机械性能等工程问题，对于研究结构应力和温度之间的复杂耦合现象具有重要意义。
三、ANSYS软件的应用方法1. ANSYS软件是目前应用最为广泛的有限元分析软件之一，具有强大的热流双向耦合和结构单向耦合分析功能。
2. 在进行热流双向耦合分析时，可以利用ANSYS软件中的流体动力学模块和热传导模块进行耦合求解，得到热传导和流体流动的相互影响结果。
3. 在进行结构单向耦合分析时，可以利用ANSYS软件中的结构分析模块和热分析模块进行耦合求解，得到结构应力和温度之间的单向耦合结果。
四、应用案例分析1. 以汽车发动机冷却系统为例，可以利用ANSYS软件进行热流双向耦合分析，研究冷却水在发动机中的流动和散热过程，为发动机的热管理设计提供依据。
2. 以航空航天器进入大气层时的热应力行为为例，可以利用ANSYS 软件进行结构单向耦合分析，研究航空航天器在高速进入大气层时的热应力分布，为材料选型和结构设计提供依据。
耦合和约束方程ansys教程课件
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
例如, cp,,ux,all 是把所有选择节点在UX方 向上耦合
输入耦合设置参考号 ，选择自由度卷标
耦合和约束方程ansys教程课件
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
耦合和约束方程ansys教程课件
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
耦合和约束方程ansys教程课件
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
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
耦合和约束方程ansys教程课件
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。
性区的其它节点上 ❖ 使用CERIG 命令(或 Preprocessor > Coupling/Ceqn
ansys apdl中磁热耦合单元
ansys apdl中磁热耦合单元磁热耦合单元（MAGHT）是一种特殊的元素，用于在ANSYS APDL中模拟磁场和热场之间的相互作用，它可以用于求解电磁加热和感应焊接、电磁渗透加热等问题。
本文将对ANSYS APDL中的磁热耦合单元进行详细介绍，包括其基本原理、建模方法、仿真分析等方面。
一、磁热耦合单元基本原理在电磁加热、电磁感应焊接和电磁渗透加热等领域中，物体表面会受到磁场的影响，产生感应电流，同时由于感应电流通过电阻产生热量，导致物体表面温度升高。
此时，物体表面的温度分布和磁场分布是相互耦合的。
为了解决这种耦合问题，可以使用磁热耦合单元。
磁热耦合单元的工作原理是：在磁场作用下，物体表面的感应电流大小和分布会受到影响，从而影响物体表面的能量转换。
由于电能转换成热能的能量转换效率不同，因此导致物体表面的温度分布也会随之发生变化。
因此，磁热耦合单元既要考虑磁场分布的影响，也要考虑温度分布的影响。
具体来说，磁热耦合单元是将感应电流产生的热源计入到热传导方程中，从而在求解热传导方程时考虑磁场影响。
这样就可以同时求解磁场和温度分布，从而实现磁场与热场的耦合模拟。
二、磁热耦合单元的建模方法1.几何模型的建立在进行磁热耦合的模拟建模时，首先要进行几何模型的建立。
一般的方法是利用CAD软件或三维建模软件建立物体的几何模型。
可以在ANSYS中导入相关的CAD模型，例如IGES、STEP等格式文件，然后利用ANSYS APDL中的几何构造命令对CAD模型进行处理，修剪和划分。
2.网格划分在建立好几何模型后，需要对模型进行网格划分。
网格划分需要考虑到物体的几何形状、仿真的精度、计算资源等多方面因素。
一般来说，将物体分割为小块并保证各个小块的几何形状为四面体形状，这样可以最大程度地减小误差。
同时，在耦合分析中还需要注意不同区域的网格密度不同，需要根据磁场和温度分布的变化对网格进行加密或细化。
3.模型参数设置在进行模拟分析前，需要对相应的参数进行设置。
ANSYSapdl命令流笔记16-------耦合场分析基础
ANSYSapdl命令流笔记16-------耦合场分析基础耦合场分析概述前⾔耦合场分析，也称为多物理场分析，分析不同的物理场的相互作⽤以解决⼀个全局性的⼯程问题。
例如，当⼀个场分析的输⼊依赖于从另⼀个分析的结果，那么分析就会被耦合。
耦合⽅式有：单向耦合：前⼀个分析的结果作为载荷施加给下⼀个分析，⽽下⼀个分析的结果不会影响前⼀个场的分析结果。
例如，在热应⼒问题中，温度场会在结构场中引⼊热应变，但是结构应变通常不会影响温度分布。
因此，⽆需在两个现场解决⽅案之间进⾏迭代。
双向耦合：两个物理场的结果会相互影响。
例如，⾮线性材料的感应加热中，谐波电磁分析计算出焦⽿热，该热在瞬态热分析中⽤于随时间变化的温度解，⽽温度的变化会反过来影响电磁场材料属性的变化，从⽽改变电磁分析结果。
⼀、耦合场分析类型1.直接耦合场分析直接⽅法通常只包含⼀个分析，它使⽤⼀个包含所有必需⾃由度的耦合单元类型，通过计算包含所需物理量的单元矩阵或单元载荷向量的⽅式进⾏耦合。
具有直接耦合功能的单元有：SOLID5 ---------3-D 耦合场实体单元 (电磁矩阵的推导，耦合效应)PLANE13---------⼆维耦合场实体单元 (电磁矩阵的推导，耦合效应)FLUID29 ---------⼆维声学流体 单元(声学矩阵的推导)FLUID30 ---------3-D 8 节点声学流体单元 (声学矩阵的推导)LINK68------------热电耦合杆单元SOLID98----------四⾯体耦合场实体单元 (电磁矩阵的推导，耦合效应)FLUID116---------热流体耦合管单元CIRCU124--------电路单元TRANS126-------机电转换器单元(电容计算，耦合机电⽅法)SHELL157--------热电耦合壳单元FLUID220---------3-D 20 节点声学流体单元FLUID221---------3-D 10 节点声学流体单元PLANE222--------⼆维 4 节点耦合场实体单元PLANE223--------⼆维 8 节点耦合场实体单元SOLID226---------3-D 20 节点耦合场实体单元SOLID227---------3-D 10 节点耦合场实体单元PLANE233--------⼆维 8 节点电磁耦合单元(电磁矩阵的推导，电磁场评估)SOLID236--------3-D 20 节点电磁耦合单元(电磁矩阵的推导，电磁场评估)SOLID237--------3-D 10 节点电磁耦合单元(电磁矩阵的推导，电磁场评估)优点：1.允许解决通常的有限元⽆法解决的问题。
Ansys经典界面耦合场分析单元转换
维度：3D
耦合场：热-应力；热-电-磁；热-应力-电-磁
节点数：8
自由度：温度；结构位移；电势；磁矢势
单元几何形状
PLANE13
维：2D
耦合场：热-应力；热-电
节点数：4
自由度：温度；结构位移；磁矢势
单元几何形状
PLANE67
维度：2D
耦合场：热-电
节点数：4
自由度：温度；电势
单元几何形状
单元几何形状
PLANE223
维度：2D
耦合场：热-应力；热-电；热-应力-电；热-压电
节点数：8
自由度：结构位移；温度；电势
单元几何形状
SOLID226
维度：3D
耦合场：热-应力；热-电；热-应力-电；热-压电
节点数：20
自由度：结构位移；温度；电势
单元几何形状
SOLID227
维度：3D
耦合场：热-应力；热-电；热-应力-电；热-压电
④4节点四边形
⑤8节点四边形
⑥圆锥体
⑦圆柱体
⑧球体
CONTA171
维度：2D
耦合场：热-应力；热-电；热-应力-电
节点数：2
自由度：结构位移；温度；电势
单元几何形状
CONTA172
维度：2D
耦合场：热-应力；热-电；热-应力-电
节点数：3
自由度：结构位移；温度；电势
单元几何形状
CONTA173
维度：3D
LINK68
维度：3D
耦合场：热-电
节点数：2
自由度：温度；电势
单元几何形状
SOLID69
维度：3D
耦合场：热-电
节点数：8
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ansys学习－耦合与约束方程
1 耦合
当需要迫使两个或多个自由度取得相同（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它自由度。
典型的耦合自由度应用包括：
"模型部分包含对称；
"在两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。
如何生成耦合自由度集
1.在给定节点处生成并修改耦合自由度集
命令：CP
GUI: Main Menu>Preprocessor>Coupling / Ceqn>Couple DOFs
在生成一个耦合节点集之后，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来。
也可用选择逻辑来耦合所选节点的相应自由度。
用CP命令输入负的节点号来删除耦合集中的节点。
要修改一耦合自由度集（即增、删节点或改变自由度标记）可用CPNGEN命令。
（不能由GUI直接得到CPNBGEN命令）。
2.耦合重合节点。
CPINTF命令通过在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中重合节点的耦合。
此操作对“扣紧”几对节点（诸如一条缝处）尤为有用。
命令：CPINTF
GUI: Main Menu>Preprocessor>Coupling / Ceqn>Coincident Nodes
3.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表现方式：
o如果对重复节点所有自由度都要进行耦合，常用NUMMRG命令（GUI：Main
Menu>Preprocessor>Numbering Ctrls>Merge Items）合并节点。
o可用EINTF命令（GUI：Main Menu> Preprocessor>Create> Elements >At Coincid Nd）通在重复节点对之间生成2节点单元来连接它们。
o用CEINTF命令（GUI：Main Menu>Preprocessor> Coupling/Ceqn >Adjacent Regions）将两个有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。
生成更多的耦合集
一旦有了一个或多个耦合集，可用这些方法生成另外的耦合集：
1.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：CPLGEN
GUI: Main Menu>Preprocessor>Coupling / Ceqn>Gen w/Same Nodes
2.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的耦合集：
命令：CPSGEN
GUI: Main Menu>Preprocessor>Coupling / Ceqn>Gen w/Same DOF
使用耦合注意事项
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的一致性。
2.自由度是在一个集内耦合而不是集之间的耦合。
不允许一个自由度出现在多于一个耦合集中。
3.由D或共它约束命令指定的自由度值不能包括在耦合集中。
4.在减缩自由度分析中，如果主自由度要从耦合自由度集中选取，只有主节点的自由度才能被指定为主自由度。
5.在结构分析中，耦合自由度以生成一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出现在反力中。
2约束方程
约束方程提供了比耦合更通用的联系自由度的方法。
有如下形式：
这里U（I）是自由度，N是方程中项的编号。
如何生成约束方程
1.直接生成约束方程
直接生成约束方程：
命令：CE
GUI: Main Menu>Preprocessor>Coupling / Ceqn>Constraint Eqn
下面为一个典型的约束方程应用的例子，力矩的传递是由BEAM3单元与PLANE42单元（PLANE42单元无平面转动自由度）的连接来完成的：
图12-1建立旋转和平移自由度的关系
如果不用约束方程则节点2处表现为一个铰链。
下述方法可在梁和平面应力单元之间传递力矩，自由度之间满足下面的约束方程：
ROTZ2 = (UY3 - UY1)/10
0 = UY3 - UY1 - 10*ROTZ2
相应的ANSYS命令为：
CE,1,0,3,UY,1,1,UY,-1,2,ROTZ,-10
修改约束方程
在PREP7或SOLUTION中修改约束方程中的常数项：
命令：CECMOD
GUI: Main Menu>Preprocessor>Coupling / Ceqn>Modify ConstrEqn
Main Menu>Preprocessor>Loads>Other>Modify ConstrEqn
Main Menu>Solution>Other>Modify ConstrEqn
如果要修改约束方程中的其它项，必须在求解前在PREP7中用使CE命令（或相应GUI途径）。
2.自动生成约束方程
生成刚性区域
CERIG命令通过写约束方程定义一个刚性区域。
通过连接一主节点到许多从节点来定义刚性区。
（此操作中的主自由度与减缩自由度分析的主自由度是不同的）
命令：CERIG
GUI: Main Menu>Preprocessor>Coupling / Ceqn>Rigid Region
将CERIG命令的Ldof设置为ALL（缺省），此操作将为每对二维空间的约束节点生成三个方程。
这三个方程在总体笛卡尔空间确定三个刚体运动（UX、UY、ROTZ）。
为在二维模型上生成一个刚性区域，必须保证X─Y平面为刚性平面，并且在每个约束节点有UX、UY和ROTZ 三个自由度。
类似地，此操作也可在三维空间为每对约束节点生成六个方程，在每个约束节点上必须有（UX、UY、UZ、ROTX、ROY和ROTZ）六个自由度。
输入其它标记的Ldof域将有不同的作用。
如果此区域设置为UXYZ，程序在二维（X，Y）空间将写两个约束方程，而在三维空间（X、Y、Z）将写三个约束方程。
这些方程将写成从节点的平移自由度和主节点的平移和转动自由度。
类似地，RXYZ标记允许生成忽略从节点的平移自由度的部分方程。
其它标记的Ldof将生成其它类型的约束方程。
总之，从节点只需要由Ldof标记的自由度，但主节点必须有所有的平移和转动自由度（即二维的UX、UY和ROTZ；三维的UX、UY、UZ、ROTX、ROTY、ROTZ）。
对由没有转动自由度单元组成的模型，应当考虑增加一个虚拟的梁单元以在主节点上提供旋转自由度。
将疏密不同的已划分网格区域连在一起
可将一个区域（网格较密）的已选节点与另一个区域（网格较稀）的已选单元用CEINTF命令（菜单途径Main Menu>Preprocessor>Coupling / Ceqn>Adjacent Regions）连起来生成约束方程。
这项操作将不相容网格形式的区域“系”在一起。
在两区域的交界处，从网格稠密的区域选择节点A，从网格粗糙区域选择单元B，用区域B单元的形函数，在相关的区域A和B界面的节点处写约束方程。
ANSYS允许这些节点位置使用两公差准则。
节点在单元之外超过第一公差就认为节点不在界面上。
节点贴近单元表面的距离小于第二公差则将节点移到表面上，见下图。
对CEINTF命令有些限制：应力或热通量可能会不连续地穿过界面。
界面区域的节点不能指定位移。
可用每节点有六个自由度的单元接合6自由度实体。
从已有约束方程集生成约束方程集
可用CESGEN命令从已有约束方程集生成约束方程。
那么已有约束方程集内的节点编号将增加以生成另外的约束方程集。
另外约束方程集的标记和系数保持与原集的一致。
命令：CESGEN
GUI: Main Menu>Preprocessor>Coupling / Ceqn >Gen w/same DOF
使用约束方程的注意事项
"所有的约束方程都以小转动理论为基础。
因此，它应用在大转动分析中〔NLGEOM〕应当限制在约束方程所包含的自由度方向无重大变化的情况。
"约束方程的出现将产生不可预料的反力和节点力结果。
"由于相邻区域网格疏密不同，边界上的相容性仍然存在。
但是当网格越密，这种不相容的危害就越小。