作者：江丙云

本文讨论Abaqus中运动耦合约束和分布耦合约束之间的区别。这些约束类型之间的差异将在模型实例中加以展示。

介绍和用法基于表面的耦合约束在Abaqus中主要用于以下目的：

将面上（从属）节点集合的运动与参考节点的运动耦合。

当节点集合要与参考节点定义的刚体运动耦合时，类型为运动耦合。

在平均意义上，当节点集合耦合到由参考节点定义的刚体运动并且通过允许通过在耦合节点处指定的权重因子控制力的传输，此时类型为分布耦合。

耦合约束的几种典型应用：

向模型施加载荷或边界条件。

为了在模型中分配载荷，可以用惯性矩表达式描述载荷分布。

在连续体和结构（梁或桁架）单元之间的维度转换。

与其他约束（例如连接器单元）的交互进行建模。

耦合约束定义Abaqus中的耦合约束是通过interaction模块设置的。下面的图1显示了用于在Abaqus中建立耦合约束的各个窗口。

图1：Abaqus CAE中用于设置运动/分布耦合约束

对于耦合约束，需要指定的是参考节点（或约束控制点），耦合节点和约束类型。然后，耦合约束将参考节点与耦合节点相关联。运动耦合约束运动耦合将耦合节点的运动限制为参考节点的刚体运动。通过消除耦合节点的自由度来施加运动学约束。这意味着一旦用户在耦合节点上约束位移自由度的任何组合，便无法将其他位移约束，BCs，MPCs等进一步应用于该耦合节点。当旋转自由度已在耦合节点上受到约束（类似于位移）时，也会存在此限制。运动耦合约束的主要建模窗口如下图2所示。

图2：运动耦合约束窗口和可用自由度在运动耦合约束中，当所有3个平动自由度都受到约束时，耦合节点将跟随参考节点的刚体运动。旋转自由度（UR）的不同约束组合将决定耦合节点中的旋转行为，这将与Abaqus中的现有MPC（多点约束）相同。具体来说：

如果选择了所有三个旋转自由度（以及三个平移自由度），则运动耦合等效于MPC Beam。

如果选择了2个旋转自由度，则运动学耦合等效于Abaqus Standard中的MPC Revolute。

如果选择了1个旋转自由度，则运动耦合等效于Abaqus Standard中的MPC UNIVERSAL。

分布耦合约束

分布耦合将耦合节点的运动限制为参考节点的平移和旋转。与运动学上的不同，此约束在某种意义上是通过在平均意义上实施的，该方法可以通过在耦合节点处使用权重因子来控制从参考节点到耦合节点的传输负载。运动耦合约束的主要建模窗口如下图3所示。

图3：分布耦合约束窗口和可用自由度在三维分析中，用户可以通过仅指定约束中的平移自由度，释放所有三个力矩约束（UR1-UR3）。在这种情况下，参考节点中只有平移自由度有效。在这种情况下，对约束节点的行为的影响将在本文稍后显示的Abaqus示例中进行演示。示例图4中显示了网格模型的几何形状。它是一个用3d实体单元（C3D8I）建模的梁。它的横截面是矩形（250x250毫米），长度等于2m。

图4：示例的网格模型

荷载和边界梁右端完全固定，而垂直位移（-Y）施加在距离梁左端50 mm的远端（RP）上。将适当的边界条件施加到远程点（也是耦合的参考节点）上，以约束横向（X）和轴向（Z）位移。如图5所示。

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