ANSYS知识普及7——如何施加扭矩（ANSYS专家编辑，非原创，欢迎转摘）

宁博士CAE团队

2016年7月15日 15:05

浏览：3692 评论：18 收藏：2

本人准备出一个ANSYS知识普及系列，将有用的网上资料归拢，由于知识水平有限，不对之处请谅解。也欢迎各位网友提供好的资料分享，让我们共同完成这个ANSYS知识普及系列。

编辑人：技术邻ANSYS专家

业务咨询网址：http://www.jishulink.com/content/other/402981

（打个小广告）

声明:1、ANSYS知识普及系列中所有资料均来自网上；

2、如侵犯知识产权，请联系ANSYS专家本人或者技术邻，我将第一时间删除。

小技巧：加本人关注，可以及时观看本人发布的技术贴

在ANSYS中施加扭矩通常有cerig,rbe3,mpc184三种方法。还有把力矩等效为节点力的办法，这个办法毛病很多，不在讨论之列。 cerig是在实际受载荷区域建立一个所谓"刚性区域"，然后把载荷施加在跟这个刚性区域相连的“master node”上。 rbe3和cerig是类似的。不同的是，rbe3把施加在master node上的载荷，按照一定的权重，分配到各个"slave node"上。

cerig,rbe3两种办法的本质，就是建立了约束方程，而约束方程是线性的，所以，cerig,rbe3只能用于线性问题，对于大变形等非线性问题，如果不慎使用了cerig,rbe3，就会得到错误的结果。mpc184则支持非线性分析，所以，可以应用于大变形等非线性场合。
对于方法1，通过转换为集中力或均布力，比如施加扭矩，把端面节点改成柱坐标，然后等效为施加环向的节点力；而施加弯矩，可以将力矩转化为端面的剪切均布力；但这种方法比较容易出现应力集中现象；方法2，定义局部刚性区域。该方法有个不足，它在端面额外的增加了一定的刚度，只能适用于小变形分析。方法3，相对方法2来说，采用刚性梁单元，适用范围更广一些，对于大应变分析也能很好的适用。但在小应变分析下，方法2和方法3没有什么区别。方法4，定义一个主节点，施加了分布力面，应该说跟实际比较接近一点，但端面的结果好像不是很理想，结果有点偏大，在远离端面处的位置跟实际很符合。方法5，它具体的受力形式有如下两种：刚性表面边界（Rigid surface constraint）－认为接触面是刚性的，没有变形，和通过节点耦合命令CERIG比较相似；分布力边界（Force-distributed constraint）－允许接触面的变形，和边界定义命令RBE3相似。使用这种方法，需要用KEYOPT(2) = 2打开接触单元的MPC（多点接触边界）算法

下面是一个例子，分别用rbe3, cerig,mpc184施加转动进行计算。
问题描述：一个截面为正方形的杆件，一端完全固定，另外一端施加转动载荷，使端面旋转45度(0.7854弧度)。杆件几何参数：截面为1x1的正方形，杆长10。材料参数:e=10000;泊松比v=0.3;
分析：端面转动了45度，明显属于大转动非线性，分析的时候，应该选用支持大变形的单元类型，这里旋转solid185。由于问题属于大变形非线性，求解的时候，应该打开非线性选项NLGEOM,ON。模型简单取1个空心梁，采用实体建模，单元用95，内半径10mm，外半径15mm，长度200mm，矩10E6 Nmm，mass21单元实常数取零。(1)梁建模划网(2)在梁轴线上生成1节点，偏离端面10mm。(3)选定mass21单元属性，通过第二步的节点直接生成单元(E或EN)。(4)指定刚性化区域（CERIG），先选取mass21对应的节点，再选取梁端面节点。(5)加约束和载荷，梁另一端全约束，在mass21对应节点上加扭矩。(6)求解后验证结果。(7)在mass21上加弯距，求解验证结果。加扭矩，按公式计算得到最大剪应力235.179Mpa。应力分布连续，无应力集中现象。加弯距，按公式计算轴向应力为470.357Mpa，但在应力云图上梁端部明显出现端部效应，取中间截面轴向应力对比，结果基本吻合。所以加弯距时考虑结构加长以减小端部效应的影响。

关于实体单元施加弯矩的方法一、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:
/prep7
block,0,1,0,1,0,2
k,9,0.5,0.5,2.5
mp,ex,1,2e10
mp,prxy,1,0.2
mp,prxy,1,0.3
r,2,1e-6
et,1,45
et,2,21
keyopt,2,3,0
lesize,all,0.2
vmesh,all
ksel,s,,,9
type,2
real,2
kmesh,all
allsel
nsel,s,loc,z,2,3
NPLOT
CERIG,node(0.5,0.5,2.5),ALL,ALL, , , ,
allsel
/SOLU
f,node(0.5,0.5,2.5),my,100e3
FINISH
/SOL
nsel,s,loc,z,0
d,all,all
allsel
solve
方法2：利用mpc184单元

/prep7
block,0,1,0,1,0,2
mp,ex,1,2e10
mp,prxy,1,0.2
mp,prxy,1,0.3
et,1,45
et,2,184
keyopt,2,1,1
lesize,all,0.2
vmesh,all
n,1000,0.5,0.5,2.5
type,2
mat,2
*do,i,1,36
e,1000,36+i
*enddo
allsel
allsel
/SOLU
f,node(0.5,0.5,2.5),my,100e3
FINISH
/SOL
nsel,s,loc,z,0
d,all,all
allsel
solve
方法3：使用rbe3命令

/prep7
block,0,1,0,1,0,2
k,9,0.5,0.5,2.5
mp,ex,1,2e10
mp,prxy,1,0.2
mp,prxy,1,0.3
r,2,1e-6
et,1,45
et,2,21
keyopt,2,3,0
lesize,all,0.2
vmesh,all
ksel,s,,,9
type,2
real,2
kmesh,all
allsel
*di***a,array,36
*do,i,1,36
sla(i)=i+36
*enddo
*di***a2,array,36
*do,i,1,36
sla2(i)=i+36
*enddo
allsel
rbe3,node(0.5,0.5,2.5),all,sla,sla2
allsel
/SOLU
f,node(0.5,0.5,2.5),my,100e3
FINISH
/SOL
nsel,s,loc,z,0
d,all,all
allsel

补充：

/prep7
block,0,1,0,1,0,2
k,9,0.5,0.5,2.5
mp,ex,1,2e103
mp,prxy,1,0.2
mp,prxy,1,0.36
r,2,1e-6
et,2,21
lesize,all,0.2
vmesh,all
ksel,s,,,9
type,2
kmesh,all
allsel
*dim,sla,array,36
*do,i,1,36
sla(i)=i+36
*enddo
*dim,sla2,array,36
*do,i,1,36
sla2(i)=i+36
*enddo
allsel
rbe3,node(0.5,0.5,2.5),all,sla,sla2
allsel
/SOLU
f,node(0.5,0.5,2.5),my,100e3
FINISH
/SOL
nsel,s,loc,z,0
d,all,all
allsel
solve