ANSYS的节点耦合的方法及应用
ANSYS程序变截面梁与耦合自由度的应用
一、前言变截面梁，即两端截面不同的梁。
在工程中通常将梁受力吃紧的一端采用较大的截面，另一端采用较小的截面，以实现等强度设计，节省原材料。
这种变截面梁生活中普遍存在，远至古代娶亲用的花轿轿杆、农村大车车辕，直至当今建筑钢结构中各种采光大蓬横梁（包括弯曲横梁）、各种连杆摇臂结构等。
特别是悬臂梁几乎处处可见，就连输电用的水泥电杆也做成根粗尖细的。
由于这种变截面梁在工程中普遍存在，在ANSYS程序结构分析中，专门设置了变截面梁单元的功能，使用起来特别方便。
具体操作过程在下面的实例分析中详细介绍。
自由度耦合即构件连接处两个节点的自由度（包括移动自由度和转动自由度）变化是一致的，主节点如何变化，从节点随着同样变化。
自由度耦合在静力分析时常用在连接件上，特别用在具有转动的连接件上。
例如：汽车挂挡手柄连接端的球铰，各种销钉与耳环的连接，各种转盘与转轴的连接等。
自由度耦合的概念与自由度释放的概念正好相反。
在ANSYS程序中没有自由度释放功能，只有自由度耦合功能，但用自由度耦合功能完全可以达到自由度释放的目的。
这种功能具体操作过程，也在下面的实例分析中详细介绍。
二、雨蓬计算分析该雨蓬结构是由11根变截面工字钢梁、1根等截面工字钢梁、3根圆管钢梁、1根槽钢梁和6根拉杆钢组成。
其结构如下：图1雨蓬结构1．原始数据（1）坐标数据关键点号XYZ100020063003045000 （第一拉杆上端点）40-10000 （变截面梁Z轴方向）5010000 （第一排工字钢Z轴方向）60-10006300（第六排槽钢Z轴方向）（2）材料数据主钢梁变截面工字钢：大端300×150×8×6小端150×150×8×6第一横梁工字钢：150×100×8×6第二、第三、第四横梁圆管钢：Φ102×4 Ri=47 R0=51第五横梁槽钢：160×80×8×6拉杆：Φ102×4A=1231.5 =0.0001(3) 载荷由玻璃均布载荷计算而得:中间节点: F=5560N边节点: F=2780N角节点: F=1690N(4) 单元梁单元: BEAM188杆单元: LINK8(5) 边界条件主梁固定于墙上:位移和转角全约束；拉杆与主梁连接: 位移耦合,转角自由；拉杆与墙连接: 位移约束, 转角自由。
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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
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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
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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
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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
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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创建铰接
查看文章ansys 中使用ENDRELEASE命令创建铰接的耦合规则及示例2007年11月30日星期五 08:40本文最早发表于网易土木(适用于ansys8.0以后版本，现在11都有了,呵呵）=================================(回复 0 | 人气 26）[引用] ［收藏］［编辑] 2007—10-03 16:11：19.0楼主在创建铰接时，常用的方法有几下几种:1、BEAM44单元，释放自由度： KEYOPT。
2、BEAM188／189，ENDRELEASE命令自动创建耦合.3、手动创建耦合，最万能,但是也最复杂。
在8。
0以后,新的ENDRELEASE命令给188单元带来了非常的活力！但是关于此命令网上的资料却很少。
无论BAIDU 还是GOOGLE 的结果都只有一页,而且内容含糊不清。
现在我们就来看一下这个命令的用法。
＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝一、命令格式在PREP7下：ENDRELEASE，--，TOLERANCE，Dof1，Dof2，Dof3,Dof4-—：程序预留位，估计以后还要继续开发TOLERANCE:容许角度,以“度”为单位，超过此数值的单元结合处才进行计算。
默认20，输入－1以释放所有单元Dof1，Dof2,Dof3,Dof4：需要释放的自由度，如果Dof1为空，默认为翘曲（warping)并且Dof2以及以后参数忽略：＝》WARP：释放翘曲自由度＝》ROTX：释放X方向转角＝》ROTY：释放Y方向转角＝》ROTZ:释放Z方向转角＝》UX：释放X方向位移＝》UY：释放Y方向位移＝》UZ：释放Z方向位移＝》BALL:创建球铰（等效于释放WARP、ROTX、ROTY、ROTZ）菜单路径：Main Menu〉Preprocessor>Loads〉Load Step Opts>Other〉End Releases〉On Selected setMain Menu>Solution〉Load Step Opts>Other>End Releases>On Selected set＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝二、范例这里我们将做一个单层厂房的屋架。
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之节点耦合专题
/viewthread.php?tid=916386&highlight=%F1%EE%BA%CF /viewthread.php?tid=914150&highlight=%F1%EE%BA%CF/viewthread.php?tid=786833&highlight=%CD%E4%BE%D8（这个很有用！！）前言做一个总结意义！！！原因：最近网上有较多的朋友在咨询关于实体加载的方法目的：希望这个问题不再成为大家的疑惑的一部分一、说说施加方法思路1：矩或扭矩说白了就是矩，所谓矩就是力和力臂的乘积。
施加矩可以等效为施加力；思路2：直接施加弯矩或扭矩，此时需要引入一个具有旋转自由度的节点；二、在ANSYS中实现的方法这里说说3个基本方法，当然可以使用这3个方法的组合方法，组合方法就是对3个基本方法的延伸，但原理仍不变。
方法1：引入mass21，利用cerig命令Ex1:/prep7block,0,1,0,1,0,2k,9,0.5,0.5,2.5mp,ex,1,2e10mp,prxy,1,0.2mp,prxy,1,0.3r,2,1e-6et,1,45et,2,21keyopt,2,3,0lesize,all,0.2vmesh,allksel,s,,,9type,2real,2kmesh,allallselnsel,s,loc,z,2,3NPLOTCERIG,node(0.5,0.5,2.5),ALL,ALL, , , ,allsel/SOLUf,node(0.5,0.5,2.5),my,100e3FINISH/SOLnsel,s,loc,z,0d,all,allallselsolve方法2：利用mpc184单元/prep7block,0,1,0,1,0,2mp,ex,1,2e10mp,prxy,1,0.2mp,prxy,1,0.3et,1,45et,2,184keyopt,2,1,1lesize,all,0.2vmesh,alln,1000,0.5,0.5,2.5type,2mat,2*do,i,1,36e,1000,36+i*enddoallselallsel/SOLUf,node(0.5,0.5,2.5),my,100e3 FINISH/SOLnsel,s,loc,z,0d,all,allallselsolve方法3：使用rbe3命令/prep7block,0,1,0,1,0,2k,9,0.5,0.5,2.5mp,ex,1,2e10mp,prxy,1,0.2mp,prxy,1,0.3r,2,1e-6et,1,45et,2,21keyopt,2,3,0lesize,all,0.2vmesh,allksel,s,,,9type,2real,2kmesh,allallsel*dim,sla,array,36*do,i,1,36sla(i)=i+36*enddo*dim,sla2,array,36*do,i,1,36sla2(i)=i+36*enddoallselrbe3,node(0.5,0.5,2.5),all,sla,sla2allsel/SOLUf,node(0.5,0.5,2.5),my,100e3FINISH/SOLnsel,s,loc,z,0d,all,allallselsolve三、使用结论方法1和方法2的结果一致，方法3偏大。
ANSYSCFX11.0双向流固耦合实现步骤（原创）
流固耦合方法要实现流固耦合首先要确定固体模型和流体模型。
本设计的流体和固体模型都是在ANSYS Workbench中建立的（也可以用其他的三维建模工具）。
建模后将流体模型输出为IGES格式，然后导入到ICEM中化分网格备用。
固体模型则直接在Workbench中的Simulation中定义固支面和流固耦合面等，并划分网格。
最后输出inp文件。
最后利用CFX进行双向流固耦合计算。
具体步骤在下面分别叙述。
流体部分1.流体模型的建立启动ANSYS Workbench，点击New geometry开启DesignModeler。
在这里可以采用多种建模方法，我用的是直接在Create下拉菜单中选择最底部的Primitives 中的bend选项，直接建立一系列的扇形环柱体。
即可组成流体域的模型，在这里不再赘述。
2.流体网格的划分建模后将流体模型输出为IGES格式，然后导入到ICEM中。
在ICEM中通过点和线处理工具删掉一些多于的线并补上必要的点（分块的时候用来固定节点）。
然后创建体，在创建的提示栏中选择所有的面。
注意体形成后要多还几个角度观察，以确定solid点在整个模型的内部。
接下来就要分块，点击blocking按钮，选择整个实体为对象创建块。
之后将块沿边界切割成若干子块，删掉不需要的子块。
然后把快上的节点固定在相应的实体的点上，把块的边界线固定在相应的实体线上。
然后在块的特征边上设定节点数，化分网格。
3.网格输出网格划分完之后，需要将网格从ICEM CFD导出到计算软件ANSYS CFX中做计算，其具体的操作步骤如下：（1）选择File > Mesh > Load from Blocking;（2）选择File > Blocking > Save Multiblock Mesh,在出来的对话框上选择V olume。
（3）选择Output > Select solver,在出来的对话框上选择计算所用的软件ANSYS CFX，点击Okay。
用ANSYS进行温度和结构的耦合分析需要注意的问题总结
采用ansys进行温度和结构的耦合分析需要注意的问题总结温度场和结构的耦合有两种：间接和直接。
间接法，可以理解为先做温度场的分析，再做结构的分析，其中要引入温度场分析的结果。
在不同的分析里，单元的性质是不同的，但DOF一定要一致。
直接法，和上述方法不同的地方是，单元是直接就定义为含有温度和结构耦合的单元，然后直接做分析，即不需要分为两个步骤。
瞬态分析，一样可以用上述两个方法。
只是运用第一个时要十分清楚载荷步与分析的关系，虽然比第二种灵活，但处理起来也十分麻烦。
在做温度场的瞬态分析，根据需要，在合适的载荷步停顿，做结构分析（如果想省去单元定义转换的麻烦，那么就定义physics环境切换）。
做完结构分析，再开启温度场分析（一样要转换环境），这里为确保从某一载荷步出发，我们用FLOCHECK,2，然后继续加载边界条件求解。
耦合的过程很公式化，但是要让其符合你的要求，就要很小心数据的提取。
还有一个问题，结构分析时需不需要删除热边界条件。
需要删除热边界条件，比如对流等等。
一般情况下，不考虑变形对温度的影响（因为特别小），采用间接耦合，即先计算温度场，然后读取温度场结果，进行结构分析。
........................载荷步是为了表达随时间变化的载荷，也就是说把载荷—时间曲线分成载荷步。
这是瞬态与稳态分析最大的不同。
分析时对于每一个载荷步都要定义载荷值和对应的时间值。
而分析类型应定义为瞬态分析，每计算一个载荷步时，都要删掉上一个载荷步的温度，除非这些节点的温度在瞬态与稳态分析中都相同。
至于单元，个人推荐使用SOLID62，无论是分网还是施加载荷都比教方便，基本可满足各类瞬态分析计算条件。
......................首先了解一个概念，顺序耦合或是直接耦合的选择是针对不同的问题选择的，一般地，当温度变化对于结构的力学影响相对很小的时候，也就是说可以忽略的情况下，我们称之为单向弱耦合，此时采用顺序耦合很方便，例如焊接过程，这样可以节省分析时间！而对于诸如车的制动系统即车闸盘与闸片的接触，在制动过程中，由于闸片与闸盘的摩擦生热会影响两者的接触，同时由于闸盘的减速对闸片的生热也会有很大影响，所以两者是强耦合，只能采用直接耦合！你需要选择合适的耦合方法才能更好的求解你的问题！从实际情况来讲，直接耦合是最接近现实的耦合方法，但同时求解也会存在困难性！你的模型如果是热力过程同时进行的话，那么这个求解过程无疑是瞬态的，每一点每一时刻的温度值都是需要读入力学分析中的相应时刻的，不存在“静态力分析和瞬态热分析的过程！当然，如果你的分析过程是模型先受热后才开始力载荷的作用，那可以进行”静态力分析“，此时你的模型热分析的温度值你只需对最终的温度值以载荷形式赋与结构分析中去，当然，这种过程也就不叫做耦合了！.....................顺序法热力耦合的基本思路是：在热载荷作用下温度场分析的过程，是热梯度分布渐变的过程。
ANSYS 基于Biot 固结理论流固耦合模型及应用
UX，UY，PRES UX，UY，PRES UX，UY，UZ，PRES UX，UY，UZ，PRES UX，UY，UZ，PRES
二维，4 节点，位移和孔隙压力为线性的 二维，8 节点，位移和孔隙压力为二次的 三维，8 节点，位移和孔隙压力为线性的 三维，20 节点，位移和孔隙压力为线性的 三维，20 节点，位移为四面体二次的，孔隙压力为线性的
0.25
0.2
0.15
0.1
0.05
0
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5
深度y/a
(a) CPT212
(b) CPT213
图 2 超孔隙水压力随深度变化曲线
图 2 表示了超孔隙水压力随深度的变化曲线，CPT2 计算精度明显要低于 CPT213 的计算结果的计算
精度，当 a=2 时，计算结果的离散性较大，随着网格的加密，计算结果也越接近文献值，但是增加幅度不
2 模型基本理论
2.1 基本公式
流固耦合主要是固体骨架的变形和流体的耦合，孔隙介质的固结伴随着流体压力的消散，这一过程与 时间相关。ANSYS 把孔隙介质作为多相体使用扩展 Biot 固结理论来模拟空隙介质流，假定介质为单相流 饱和体。Biot 固结理论是 Biot 于 1941 年首次基于严格固结机理推导的能准确反映孔隙压力消散与土骨架 变形之间耦合作用的真三维固结理论[3]，该理论考虑了孔隙水渗流、体现了固结随时间不断发展过程；与 Terzagi 一维固结理论相比，Biot 固结理论考虑了土骨架变形与孔隙水渗流之间的耦合，是固结三维理论[4]。 饱和体中任一点的孔隙压力和位移随时间的变化，须同时满足平衡方程和连续性方程式，将两者联立起来， 便是 Biot 固结方程，可表示为[5]：
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ANSYS中节点耦合的方法及应用
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。
耦合只将主自由度保存在分析的矩阵方程里，而将耦合集内的其它自由度删除。
计算的主自由度值将分配到耦合集内的所有其它自由度中去。
耦合自由度的应用包括：
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
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全部耦合。
可用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。
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
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：
如果对重复节点所有自由度都要进行耦合，常用NUMMRG命令合并节点。
可用EINTF命令，通在重复节点对之间生成2节点单元来连接它们。
用CEINTF命令，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
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
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。