3
Workbench 约束的含义 1
）固定约束 : –
在顶点，边缘或面上约束所有的自由度 –
对于实体，限制 x,y 和 z
的平移
–
对于壳和梁，限制 x,y 和
z
的平移和转动 2 ）
给定位移 : –
在顶点，边缘或面上给定已知的位移 –
允许在 x,y
和
z
方向给予强制位移 – 输入
“0”
代表此方向上即被约束
–
不设定某个方向的值则意味着实体在这个方向上自由运动
3
）无摩擦约束 : –
在面上施加法向约束
–
对于实体，这个约束可以用施加一个对称边面界条件来实现，因为对称面等同于法向约束
4
）圆柱面约束 :
–
施加在圆柱表面
–
用户可以指定是轴向，径向或者切向约束 –
仅仅适用于小变形（线性）分析 5
）仅有压缩的约束
: –
在任何给定的表面可以施加法向仅有压缩的约束。 这个约束仅仅限制这个表面在约束的法向正方向 移动。 –
解释这个约束的一种方法就是将它想象为一个 “ 刚性 ”
结构，它与选择的表面有相同的形状。注意到 这些接触（压缩）面事先不知道。 –
可以在一个圆柱面上模拟 “
扣牢的圆柱约束 ”
，这个约束可以适用于 7.1
版本，但是它是 “
仅有压缩约 束
”
的一种特例。如右图所示，显示出了没有变形的圆柱的轮廓。有压缩力的表面阻止原始圆柱变形，
而可伸长的表面自由变形。
–
这个需要一个迭代（非线性）求解器来求解。
?
由于事先不知道压缩面的行为，所以需要利用迭代求解器来判断哪个表面显示的是压缩行为
6
）简单约束
:
–
可以施加在梁或壳体的边缘或者顶点上 –
限制平移但是所有旋转都是自由的
7
）固定旋转 : –
可以施加在壳或量的表面，边缘或者顶点上 –
约束旋转，但是平移不限制
约束总结： 4
约束和接触对都可以归结为边界条件。 –
接触对模拟在两个已知模型之间的一个 “ 柔性 ”
边界条件
–
固定约束在被模拟部件之间提供一个 “ 刚性
”
边界条件，刚性的
固定部件不必建立模型。
Type of Support
Equivalent Contact Condition at Surfaces of Part
Fixed Support
Bonded contact
with a rigid, immovable part
Frictionless Support
No Separation contact
with a rigid, immovable part
Compression Only Support
Frictionless contact with a rigid, immovable part ?
假如对部件 A 和
B
之间连接比较感兴趣，那么就要考虑两个部分是否都需要分析（通过接触）或 者仅提供部件 B 对
A
的影响的固定约束是否足够。
–
换句话说，部件 B
相对于 A
来说是 ?
刚性的 ?
？假如是的话，可以仅仅模拟对部件 A
的一个固定约束。
假如不是则需要模拟两者之间的摩擦。 8
）热载荷 :
模型当中，温度会引起热膨胀
–
热应变计算如下式 : 其中
α
是热膨胀系数（ CTE ）
, T ref
是热应变为零时的参考温度， T
是施加的温度， ε th
是热应变。
–
热应变自身不会引起应力。而当约束、温度梯度或者热膨胀系数不相匹配是才会产生应力。 – CTE 在
“Engineering”
下拉菜单中定义并且其单位为单位温度下的应变 –
参考温度在 “Environment” 下拉菜单下定义。
热载荷可以施加在模型上： –
任何温度载荷都可以施加
– DS
通常首先进行热分析，然后在结构分析时将计算所得的温度域作为载荷输入。 接触
1
）装配体——实体接触
当输入实体的组合体时，两个实体之间自动生成接触。 –
面对面接触允许在两个实体边界上的不匹配的单元划分
–
用户可以在
“Contact”
菜单下，指定探测自动接触距离的滑块来控制容差 在
DS
中，在每个接触对中都要定义目标面和接触面。
–
接触区域的其中一个表面构成 “ 接触
”
面，此区域的另一个表面构成
“ 目标 ” 面。 –
接触中利用目标面的渗透量（在给定容差范围内）来限制接触面上的积分点。但是其相反的情况是 不正确的。
?
当一个面为目标面而另一个面为接触面时称为不对称接触。 而当两面都为接触面或者目标面时则称
为对称接触，因为任何一边都可以渗透到另一边。
?
在缺省情况下，
DS
对组合体定义的是对称接触。对于 ANSYS Professional licenses 以及结构模块，
5
用户需要根据上述介绍将其改变成非对称接触。
四种接触类型可供选择：
Contact Type Iterations
NormalBehavior (Separation)
Tangential Behavior (Sliding) Bonded 1
Closed Closed No Separation 1
Closed
Open Frictionless
Multiple Open Open Rough
Multiple Open Closed –
绑定的和不分离的接触是最基础的线性行为，仅仅需要一次迭代
–
无摩擦以及粗糙接触是非线性行为，需要多次迭代。但是，需要注意的是仍然利用了小变形理论的 假设。
?
当需要利用这些选项时，可以在相应的菜单下设定
“Actual Geometry (and Specified Offset)” 或
“Adjusted to Touch” ，其中允许用户调整 ANSYS
模型的间隙到 ?
刚刚接触 ?
的位置
?
对于高级用户，接触的另外一些选项可以进行修改
–
方程式可以从
“Pure Penalty” 修改到
“Augmented Lagrange” ， “MPC” 或
“Normal Lagrange”.
? “MPC”
仅仅适用于绑定的接触 ?
“Augmented Lagrange” 应用于规则的 ANSYS 模型中 –
在绑定的接触中，纯粹的罚函数法可以想象为在接触面间施加了十分大的刚度系数来阻止相对滑
动。这个结果是在接触面间的相对滑动可以忽略的情况下得到的。
–
MPC
方程当中对接触面间的相对运动定义了约束方程，因此没有相互的滑动。这个方程经常作为 罚函数法的最好的替代。
–
pinball region
可以自己定义和显示出来
? pinball region
定义了近距离开放式接触的位置。而超出 pinball region
范围之外的为远距离开放式接 触。 ?
最初，
pinball region
作为十分有效的接触探测器使用，但是它也用于其它方面，例如绑定接触等。
?
对于绑定或者不分离的接触，假如间隙或者渗透小于 pinball region ，则隙
/
渗透自动被删除。
?
其它的高级选项将在以后的章节中讨论。
ANSYS Professional1 licenses
及其以上版本支持壳和实体的混合装配体
–
允许十分复杂的组合体，在应用中利用了壳的优点 –
更多的接触选项可供用户选择 –
可以进行接触的后处理操作 ?
边缘接触是生成接触的一个子集 –
包括壳面或者实体边的接触，只有定义绑定或不分离的接触类型。 –
对于包括壳边缘的接触，只能定义 MPC
形式的绑定行为。 ?
对于以
MPC
为基础的绑定接触，用户可以将搜索器设定为目标法向或是 pinballregion
（这种方法需 要给定多点的约束） 。
?
假如存在间隙（这在壳的组合体中经常出现） ，
pinball region
可以用来作为探测越过间隙的接触探 测器。
DS
中接触类型及其可供的选项总结如下表所示： 6
Contact Geometry
Solid Body Face
Solid Body Edge
Surface Body Face
Surface Body Edge
Solid Body Face
All types Bonded Bonded, No Separation
Bonded, No Separation Bonded only All formulations All formulations All formulations MPC formulation Symmetry respected Asymmetric only Symmetry respected Asymmetric only
Solid Body Edge
Bonded, No Separation
Bonded, No Separation Bonded only
All formulations All formulations MPC formulation
Asymmetric only Asymmetric only Asymmetric only Surface Body Face
Bonded, No Separation Bonded only
All formulations MPC formulation
Symmetry respected Asymmetric only Surface Body Edge
Bonded only
MPC formulation
Asymmetric only –
这个表在
DS
的在线帮助当中也有。利用这个张表将有助于用户决定哪些选项可供选择。 ? 焊点
提供了一种在不连续位置处连接壳组合体的方式。 –
ANSYS DesignSpace licenses
不支持壳接触，因此焊点就是唯一定义一个壳组合的方法。 –
焊点是在
CAD
软件中进行定义的。目前 DS 只认在 DM 和
UG
当中所定义的焊点。 –
焊点也可以在
DS
中生成，但是只能在不连续的顶点处生成。
2
）接触结果 –
对于所选择的有接触单元的实体或者表面接触结果可被要求 . –
ANSYS
中接触单元利用的是接触面和目标面的概念 .
仅有接触单元可以显示接触结果 . 以 MPC 为基础 的接触
,
任何接触的目标面以及以边缘为基础的接触都不显结果 .
并且线不能显示任何接触结果 .
?
如果使用不对称和自动不对称，只有接触面上由结果而目标面上结果为零
?
如果使用对称接触，接触面和对称面上都会有结果。比如接触压力，真实的接触压力为接触和目标
面上以力的平均值 – 在 “Solution” 分支中
“Contact Tool” 中要求接触结果
?
用户可以在 “Contact Tool” 中要求接触结果 –
在工作表中可以很容易的为 “Contact Tool” 添加接触区域
–
接触和目标面上的结果可以从数据表中选择
(
对称与非对称 ) – 从
Context
工具条中指定接触结果
?
接触结果种类 : –
Contact Presure
显示法向接触压力分布 –
Contact Penetration 显示穿透深度而 Contact Gap 显示缝隙大小 ( 在 pinball 半径内
). –
Sliding Distance 表示面相对滑动大小
. Frictional Stress
是由于摩擦力引起的切向接触引力 .
(
对称与非对称 ) – 从
Context
工具条中指定接触结果
?
接触结果种类 : –
Contact Presure
显示法向接触压力分布 –
Contact Penetration 显示穿透深度而 Contact Gap 显示缝隙大小 ( 在 pinball 半径内
). –
Sliding Distance 表示面相对滑动大小
. Frictional Stress
是由于摩擦力引起的切向接触引力 .