Abaqus中连接单元的使用技巧

多体系统是由多个刚体和柔体构成，各个实体之间具有一定的约束关系和相对运动关系，abaqus可以模拟多实体之间的运动状况和相互作用关系。得到所关系部位的位移、速度、加速度、力、力矩等相关信息。如果模型中还包含柔体，还可以得到柔体上的应力和应变的分析结果。Abaqus模拟多体系统的基本思路是：通过2节点连接单元在模型的各个实体间建立连接，并通过定义连接属性来描述各部分之间的相对运动关系和约束关系。

实例分析

一、问题描述

半径为3.5mm的轴，在其一端有一个半径为25mm，厚度为0.5mm的带孔圆盘。轴线方向为全局坐标系的3方向，圆盘所在平面与轴线垂直，圆盘绕轴转动，圆盘与轴都是刚体，要求模拟圆盘的旋转过程。如下图所示：

二、状态及分析结果

1、边界条件：固定轴的参考点。使圆盘的顶部的点由A0移动到A1处（即在全局坐标系的1方向上移动了10mm）。设定CU、CRF为历史变量

分析结果：

通过分析可知，模型中节点的最大位移为10.42mm。两个连接点之间只有绕局部坐标系1方向上的旋转，故Cu1、Cu2、Cu3、CR2、CR3等于0。CR1=0.41rad。

由于在模型中没有施加载荷，因此连接单元的反作用力和反作用力矩都近似为0。

若在设置边界条件时，同时选中U2，U3等自由度会造成模型的过约束，如图 5所示。

过约束模型的结果如图 6所示，从结果的数量级上可以看出反作用力和反作用力矩较大。

2、边界条件：删除在圆盘刚体参考点上施加的位移边界条件，为连接单元中可用的相对运动分量UR1设定边界条件为-0.41rad。

分析结果：

通过对比分析结果可知，对圆盘顶点施加位移和对连接单元的可运动分量施加位移边界条件的效果是一样的。

3、边界条件：前面两个状态都是施加位移边界条件，若将参考点上的位移边界条件改为全局坐标系1方向上的载荷10N。则由于模型本身没有抵抗此载荷的刚度，则会出现收敛问题。

考虑到在定义连接单元属性时，可以在相对运动分量上定义多种连接单元行为，在本例中在可用的相对运动分量UR1上定义弹性行为D44=50N.mm/rad。设定CEF为连接单元的历史输出变量。它用来表示连接单元的弹性力F及弹性力矩M。它不同于连接单元的反作用力和反作用力矩。

分析结果：

通过计算，平衡时参考点坐标的Y方向的值为6.53mm。故此时的力矩为Mload=10N*6.53mm=65.3N.mm，CEM1=D44*CUR1=50*1.3=65.322 N.mm，外载荷所产生的力矩Mload与连接单元的弹性力矩CEM1是相等的。

连接单元的反作用力与外载荷也达到了平衡，即系统的力也达到了平衡。

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