自由度约束施加方法

自由度约束又称为DOF约束，是对模型在空间中的自由度的约束。自由度约束可施加到节点、关键点、线和面上，用于限制对象某一个方向上的自由度。不同分析类型中可施加的DOF自由度约束，见表4-1。

表4-1 不同分析类型中的自由度约束

提示：节点自由度是求解方程中的基本变量，故也可指定某个节点处的自由度值（指定在实体模型上的自由度约束在求解前自动转化到节点上）。该值一旦指定，它在求解过程中就保持不变。

下面以结构分析为例来介绍自由度约束的施加方法和过程。

1.在线上施加自由度约束

选择“Main Menu＞Solution＞Define Loads＞Apply＞Structural＞Displacement＞On Lines”命令，弹出实体选取对话框，用鼠标选择线后，单击“OK”按钮，弹出“Apply U，ROT on Lines”对话框，在“DOFs to be constrained”列表框中选择约束类型，在“Displacement value”文本框中输入数值，单击“OK”按钮完成约束，如图4-9所示。

图4-9 在线上施加自由度约束

提示：在“Displacement value”文本框中需输入位移约束值，默认为0，因此用户若置空即表示位移约束值为0。用户还可设置为其他值，其中正值表示沿笛卡儿坐标系正向，负值表示沿笛卡儿坐标系负向。

2.在面上施加自由度约束

选择“Main Menu＞Solution＞Define Loads＞Apply＞Structural＞Displacement＞On Lines”命令，弹出实体选取对话框，用鼠标选择面后，单击“OK”按钮，弹出“Apply U，ROT on Areas”对话框，在“DOFs to be constrained”列表框中选择约束类型，在“Displacement value”文本框中输入数值，单击“OK”按钮完成约束，如图4-10所示。

图4-10 在面上施加自由度约束

3.在关键点上施加自由度载荷

选择“Main Menu＞Solution＞Define Loads＞Apply＞Structural＞Displacement＞On Keypoints”命令，弹出实体选取对话框，用鼠标选择关键点后，单击“OK”按钮，弹出“Apply U，ROT on KPs”对话框，在“DOFs to be constrained”列表框中选择约束类型，在“Displacement value”文本框中输入数值，单击“OK”按钮完成约束，如图4-11所示。

图4-11 在关键点上施加自由度约束(www.xing528.com)

4.在节点上施加自由度约束

选择“Main Menu＞Solution＞Define Loads＞Apply＞Structural＞Displacement＞On Nodes”命令，弹出实体选取对话框，用鼠标选择节点后，单击“OK”按钮，弹出“Apply U，ROT on Nodes”对话框，在“DOFs to be constrained”列表框中选择约束类型，在“Displacement value”文本框中输入数值，单击“OK”按钮完成约束，如图4-12所示。

图4-12 在节点上施加自由度约束

5.施加对称和反对称约束

如果有限元模型本身具有对称或反对称的特性，则用户可以使用对称或反对称约束来简化模型。例如，在实际问题中，很多模型和载荷往往是具有某种对称结构，故在ANSYS软件中可只建立1/2或1/4模型，采用这种方法建立的分析都需要在对称轴上施加合适的边界条件。

图4-13所示模型中深色部分为在ANSYS软件中实际建模的部分，其中图4-13a中左、右侧部分关于中间轴线呈轴对称结构，图4-13b中上、下侧部分沿中心轴线具有反对称结构。

图4-13 对称和反对称约束

a）2-D对称边界条件模型 b）2-D反对称边界条件模型

比较上述两类对称条件，可简单概括它们的特点如下：

1）无论对称还是反对称边界条件，其模型必须是对称的。

2）在模型对称的基础上，由载荷的对称情况决定是反对称还是对称边界条件。如果载荷是对称的，就可以施加对称边界条件。

选择“Main Menu＞Solution＞Define Loads＞Apply＞Structural＞Displacement＞Symmetry B.C.＞OnAreas”命令，弹出实体选取对话框，用鼠标选择表面后，单击“OK”按钮完成对称约束，如图4-14所示。

图4-14 在面上施加对称约束