abaqusMPC问题多点约束解析.docx
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abaqusMPC问题多点约束解析
abaqus——MPC问题多点约束解析
6.MPC—多点约束
1.1MPC定义
MPC（Multi-pointconstraints）即多点约束，在有限元计算中应用很广泛，它允许在计算模型不同的自由度之间强加约束。
简单来说，MPC定义的是一种节点自由度的耦合关系，即以一个节点的某几个自由度为标准值，然后令其它指定的节点的某几个自由度与这个标准值建立某种关系。
多点约束常用于表征一些特定的物理现象，比如刚性连接、铰接、滑动等，多点约束也可用于不相容单元间的载荷传递，是一项重要的有限元建模技术。
在不同的求解器模版下可以在patran中定义不同的MPC，比较常用的有RBE2、RBE3、EXPLICIT、RBAR、RROD、RJOINT等，具体的使用根据计算模型来定，MPC类型如图6-1所示。
图6-1NASTRAN中MPC类型
1.2MPC使用范围
这里提请大家注意的是，MPC建立的是多点约束关系，包括刚性约束与柔性约束两种。
从某种意义上说，建立约束即建立两个或多个节点之间的联系，因而也可将MPC约束说成是MPC单元。
如RBAR、RBE1、RBE2建立的是刚性单元，这些单元局部刚度是无限大的；而RBE3、RSPLINE单元则是柔性单元，其只是建立了不同节点的力与力矩的分配关系，也称之为插值单元。
其局部刚度为零，不会对系统刚度产生影响。
1）描述非常刚硬的结构单元。
如果结构模
时，可以连接不同的平面，从而可以使不同的曲面连接起来。
◆RSSCONSurf-Vol建立二维板单元上一个从节点与三维体上两个主节点的MPC约束，从而实现不同类型单元连接时的自由度传递。
该约束常用在板壳与三维体的焊接上，如图6-2所示。
图6-2板-体连接
上图中定义的MPC-RSSCON卡片如下：
RSSCON142GRID1205201
RSSCON143GRID22206202
RSSCON144GRID43207203
RSSCON145GRID64208204
式中，1为板壳单元边上的节点，205、201为对应与节点1的三维体单元上节点，依次类推。
另外，板-体连接也可用RBE3单元来实现。
◆CyclicSymmetry在两个不同的区域之间，建立一组柱面对称的多点约束边界条件（轴对称的多点约束边界条件）。
从patran的相应界面中可见，需要选择一个柱坐标系，该坐标系的Z轴作为对称轴，在“DependentRegion”和"IndependentRegion"文本框中，输入依赖节点和独立节点，依赖节点和独立节点必须成对出现，而且，各节点对的角度差应该相等。
◆SlidingSurface在两个相一致的区域的节点之间，定义一个滑动曲面。
对应节点间的移动自由度（即垂直于该曲面方向）被约束，但其他方向上保持自由。
◆RBE1
◆RBE2刚性单元，作为一个十分简便的工具，其可将相同的几个在刚性连接在一起。
RBE2单元的定义卡片如下所示：
RBE2
EID
GN
CM
GM1
GM2
GM3
GM4
GM5
GM6
GM7
GM8
-etc.-
式中
EIDMPC编号，系统自动产生
GN主节点号
CM从节点自由度
GMi从节点号
注意：
（1）使用RBE2单元时，只能指定一个主节点，且主节点的六个自由度被用来参与对
从节点的载荷分配或约束。
（2）RBE2单元与RBE1单元的区别是，RBE2的Independent只需定义节点，而不必指定自由度，因为他包含节点的6个自由度；但RBE1的Independent需要指定节点自由度。
RBE2单元的使用范围：
（1）焊接：
（2）扭矩施加
（3）薄壁圆筒自由膨胀
◆RBE3柔性单元，RBE3单元在分配载荷（力和力矩）方面是一个强有力的工具。
与RBER和RBE1单元不同的是，其在计算中不会增加系统的刚度。
力和力矩在RBE3单元的作用下，通过相应的权值，被从节点分配到一序列主节点上，且RBE3的Independent自由度最好不要有旋转自由度。
在实际应用中，RBE3单元没有RBE2单元应用得广泛，原因是分配权值不好确定。
RBE3单元工作原理如下：
（1）将参考节点载荷（力与力矩）等效移至主节点围成面域的中心节点CG，生成新的力与力矩
（2）将CG节点的力与力矩按照相应的权值，分配到各主节点上
各主节点获得的力，
加上由力矩
产生的力
，
RBE3单元的定义卡片如下所示：
RBE3
EID
REFGRID
REFC
WT1
C1
G1,1
G1,2
G1,3
WT2
C2
G2,1
G2,2
-etc.-
WT3
C3
G3,1
G3,2
-etc.-
WT4
C4
G4,1
G4,2
-etc.-
“UM”
GM1
CM1
GM2
CM2
GM3
CM3
GM4
CM4
GM5
CM5
-etc.-
式中
EIDMPC编号，系统自动产生
REFGRID参考节点（从节点）号
REFC参考节点自由度
WTi参考节点与主节点之间自由度的连接权值
Ci主节点的自由度
Gi,j对自由度Ci的主节点号
“UM”防止系统产生刚体位移等的设置
GMi防止刚体位移设置的节点
CMi防止刚体位移设置的节点自由度
RBE3单元应用范围：
弯矩施加、不同类型单元之间的连接（如梁-板连接、梁-体连接、板-体连接等）
◆RBAR刚性梁单元，两节点之间的刚性连接（注意只限两节点间），即两节点间
6个自由度保持一致。
RBAR单元的定义卡片如下所示：
RBAR
EID
GA
GB
CNA
CNB
CMA
CMB
式中
EIDMPC编号，系统自动产生
GA、GB定义RBAR单元的两节点号
CAN、CNB全局坐标系下，两节点GA、GB的主自由度
CMA、CMB全局坐标系下，两节点GA、GB的从自由度
注意：
（1）定义RBAR单元时两节点的主自由度必须将该单元约束死，不能有任何刚体位移
（2）调整两节点中的某个自由度，可将“焊接”约束变成“铰接”约束，下图所示的RBAR单元B节点处连接方式为铰接。
RBAR单元使用范围：
焊接、铰接
◆RBAR1
◆RROD刚性杆单元
◆RSPLINE内插约束单元，用于
◆RTRPLT刚性三角板单元
◆RTRPLT1
◆RJOINT刚性铰连接单元，铰的每个端点有6个自由度；
（整理中……）
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