ANSYS中的超弹性材料本构模型、试验方法、仿真流程与仿真收敛要点总结与解析！

在ANSYSworkbench中我们经常通过连接工具建立一些零件或物体的连接关系。这些连接工具包括：接触（Contact）、关节连接(Joint)、弹簧连接(Sping)、远程位移连接(RemoteDisplayment)、端点释放(EndRelease)、梁连接(Beam)、点焊(【SpotWeld)、多点约束（MPC）等。本质上，定义连接关系其实是在定义零件或物体之间的相互作用。这种相互作用关系按照实现的原理大致可分为两大类型：①基于理想化的约束连接关系；②基于真实接触现象中物理量传递关系模拟的连接关系。基于理想化的约束连接关系是通过忽略连接的物理细节，直接定义零件之间必须遵守的“运动规则”或“数学关系”。这类连接本质上是在数学上直接建立自由度之间的线性约束关系，求解时必须严格满足预先设定好的约束方程。而基于真实物理接触现象模拟的连接关系是通过模拟连接部位真实的物理相互作用过程，如力通过接触、挤压、摩擦来传递，让运动规律作为结果自然产生。这类连接工具通过数值算法来近似物理行为，计算时通常需要迭代、计算过程伴随着状态变化和微小的数值误差，计算量也较大。那以上所提到的各类连接，按照实现的底层原理都是属于什么类型呢？-01-接触（Contact）这是最常用的连接关系，用于模拟零件之间可能发生触碰、分离、滑动行为，如挤压变形、齿轮啮合等。ANSYS中其类型包括：绑定、不分离、无摩擦、摩擦、粗糙。接触模拟的是：只有当两个面触碰到一起时，力才开始传递，并且力的大小与穿透量有关的物理过程。这与无论距离如何，都严格满足某种方程的约束有着本质的不同。接触连接的本质是通过接触算法（罚函数、增广拉格朗日法、法向拉格朗日等算法，如下图），在接触面上建立力的传递关系。如面-面接触就是通过算法对真是物理接触现象的模拟，不是传统的约束方程，但“绑定”接触是类似于一种特殊的约束。-02-关节连接（Joint）该连接关系用于模拟具有特定相对运动的连接，如铰链、滑块、转动副等。它直接定义自由度之间的约束关系。关节连接的本质通常是通过约束方程或类似方法实现，限制某些方向的相对运动，允许其他方向的运动。通过在连接的两个部件之间相应的自由度上建立一组线性约束方程来强制规定某些自由度的差值必须为0（被约束），而其他自由度是自由的。关节连接的特点是严格无误差的，只要约束方程被满足，就没有相对位移/旋转。此外，该连接方式是线性的，关系固定。-03-弹簧连接(Sping)该连接关系在两点之间建立的力-位移关系。弹簧连接由弹簧单元实现，是基于物理的力-位移本构关系的一种相互作用模拟。无论是线性还是非线性弹簧，它们建立的都是一种力与位移/速度的物理本构关系，而不是运动学约束。-04-远程位移连接(RemoteDisplayment)该连接关系是在远程点与我们所选定的作用几何（面/边/点）的所有节点之间，建立一套约束方程。本质上是基于约束的连接，是约束方程的典型代表和高级应用。注意，在定义“behavior”时，该连接的行为决定了约束方程的具体形式。“Rigid”刚性行为：强制作用几何像刚体一样跟随远程点运动。所有节点的平动和转动都被耦合到远程点上。这是一种最典型的、最严格的约束方程应用。“Deformable”柔性行为：允许作用几何在跟随远程点整体运动的同时，自身可以发生变形。通常是通过梁单元或约束方程的某种柔性化处理实现。远端位移作用位置的面在承受约束时，变形后可以不再保持平面，这个设置与实际更加符合，因此建议设置为Deformable。-05-端点释放(EndRelease)该连接关系是在梁单元或杆单元结构中的节点处释放节点约束。是一种基于约束的连接的有选择性地解除（释放）特定自由度的运动约束，从而将刚性连接转变为铰接、滑动等半刚性连接，如下图。端点释放修改或移除了节点处的特定自由度耦合关系。在单元层面，会修改单元的刚度矩阵，将与已释放自由度相关的刚度项设为零或进行特殊处理，使其不再传递该方向的力或力矩，以模拟节点连接处的理想化力学行为。-06-梁连接(Beam)该连接关系是在两个面之间建立类似梁的力学行为。通过创建一个不依赖于几何形状的、纯粹的“数学梁”来传递力和力矩，并通过约束方程将其两端与两个物理面进行运动耦合。如螺栓连接可通过梁连接简化，如下图。梁连接是一种混合建模思想，将“基于约束的连接”和“基于物理的单元”结合在一起。在梁端节点和目标面上的一组节点之间自动建立约束方程或多点约束。在两个梁端节点之间，创建了一个标准的欧拉-伯努利梁单元或铁木辛柯梁单元（基于物理的），以传递力和力矩。-07-点焊(【SpotWeld)点焊连接用于模拟焊接点的连接。它通过一组离散的、刚性的、基于约束方程的“焊接点”，强制两个部件在局部位置实现位移协调，从而模拟点焊的力学效果。这是一种理想化的、离散化的、基于强约束的连接模拟方法。-08-多点约束（MPC）该连接方式的本质就是就是基于约束的连接，是通用的约束连接。而关节、远程位移、梁连接等是其更具象化的连接分类，当我们需要一个理想化的、确定性的、高效的运动关系时，最终使用的工具很可能就是由MPC驱动的。在ANSYS中，采用MPC连接方法可以定义各种装配接触和运动约束。实现不连续且自由度不协调的网格之间的连接、不同单元类型之间的连接等目的。如说体-实体装配、壳-壳装配、壳-实体装配、梁-实体装配、梁壳装配等。-09-连接关系的显示在ANSYSworkbench中可以通过"FE连接选项"对约束方程连接关系进行图形化显示。如下图：显示设置需将选项【FEConnectionVisibility】=Yes。默认选项为可见【ActivateVisibility】=Yes。好了，以上就是笔者对ANSYS中一些连接关系的学习和理解，如有不当，还请指正～来源：薛定谔的Cube