下面我将详细解释在 ANSYS 中施加约束的 GUI（图形用户界面）操作步骤 和 APDL（参数化设计语言）命令，并提供一些关键的注意事项。
（图片来源网络，侵删）
GUI 操作步骤
GUI 操作是初学者和大多数日常分析中最常用的方式，主要在 Mechanical (Workbench) 或 Classic ANSYS 中进行。
在 ANSYS Mechanical (Workbench) 中施加约束
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启动 Workbench:
- 从左侧 "Toolbox" 中拖拽
Static Structural(静力学分析) 或其他分析系统到右侧 "Project Schematic"。 - 双击
Model单元格，进入Mechanical界面。
- 从左侧 "Toolbox" 中拖拽
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选择几何体/面:
- 在左侧的 "Outline" 树状图中，点击
Geometry，选择你想要施加约束的几何体。 - 或者,直接在图形窗口中点击你想要约束的面、边或顶点。
- 在左侧的 "Outline" 树状图中，点击
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应用约束:
（图片来源网络，侵删）- 在顶部工具栏的
Supports(支持) 下拉菜单中，选择合适的约束类型。 - 常见的约束类型包括：
- Fixed Support (固定约束): 完全限制所选对象的所有自由度（UX, UY, UZ, ROTX, ROTY, ROTZ），这是最常用的约束之一，模拟“完全固定”。
- Displacement (位移): 允许你指定所选对象在某个或某些方向上的位移值，可以只限制 UX 和 UY，而让 UZ 自由。
- Cylindrical Support (圆柱面约束): 在圆柱坐标系下定义约束，可以限制径向、轴向或切向的位移。
- Frictionless Support (无摩擦支撑): 在所选表面上施加法向约束（垂直于表面），允许表面在切向自由滑动，常用于模拟与一个光滑平面的接触。
- Compression Only Support (仅受压支撑): 只在表面承受压力时提供支撑，承受拉力时不提供约束，模拟物体放在地面上，但无法被“粘住”的情况。
- Remote Displacement (远程位移): 在一个不直接与模型相连的点上施加位移，并通过“刚性连接”将该位移传递到所选表面，适用于模拟螺栓连接或施加一个“力点”。
- Bearing Load (轴承载荷): 虽然名字叫载荷，但它也是一种约束，通过一个圆柱面来定义，可以模拟轴承的径向或轴向支撑。
- 在顶部工具栏的
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设置约束参数:
- 选择约束类型后,会在 "Outline" 中出现对应的分支（
Fixed Support）。 - 在下面的 "Details" 窗口中：
- Scoping Method: 选择
Geometry Selection。 - Geometry: 重新选择或确认要施加约束的面/边/点。
- 对于
Displacement等可设置值的约束，你可以在X, Y, Z方向的输入框中输入具体的位移值（通常为0）。
- Scoping Method: 选择
- 选择约束类型后,会在 "Outline" 中出现对应的分支（
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检查与确认:
- 所有约束都会在图形窗口中以特定的图标显示出来。
- 在求解前,务必检查约束是否施加正确，位置是否合理，以避免过约束或欠约束。
APDL 命令
APDL 命令对于自动化分析、参数化建模或编写宏非常有用，施加约束的核心命令是 D (DOF)。
核心命令：D (Define Degrees of Freedom)
D 命令用于在节点上定义自由度约束。
（图片来源网络，侵删）
基本语法:
D, NODE, Lab, VALUE, VALUE2, NEND, NINC, Lab2, Lab3, Lab4, Lab5, Lab6
常用参数说明:
NODE: 节点编号，如果要选择一组节点，可以使用ALL(所有节点) 或通过其他选择命令（如LSEL,ASEL,NSEL）选择。Lab: 自由度标签。UX,UY,UZ: X, Y, Z 方向的平动位移。ROTX,ROTY,ROTZ: X, Y, Z 方向的转动位移。ALL: 所有自由度。TEMP: 温度。PRES: 压力。
VALUE: 自由度的值（通常为0表示固定）。NEND, NINC: 用于定义一个节点范围。D, 1, ALL, 0, 100, 1表示约束从节点 1 到节点 100，步长为 1 的所有节点的所有自由度。
示例:
! 1. 约束节点 100 的所有自由度 D, 100, ALL, 0 ! 2. 约束所有 X=0 平面上的节点在 X 方向的位移 (UX=0) ! 首先选择节点 NSEL, S, LOC, X, 0 ! 然后施加约束 D, ALL, UX, 0 ! 最后重新选择所有节点，以便后续操作 ALLSEL ! 3. 约束节点 1 到 50 的 Y 和 Z 方向位移 D, 1, 50, UY, 0, , , UZ, 0
其他常用约束命令
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DK(DOF on Keypoints): 在关键点上施加约束，通常在PREP7中使用，用于定义模型的初始支撑点。! 在关键点 1 上施加全约束 DK, 1, ALL, 0
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DL(DOF on Lines): 在线上施加约束，这对于施加对称边界条件（如对称约束）非常有用。! 选择一条线 (假设编号为 10) LSEL, S, LINE, , 10 ! 在这条线的所有节点上施加对称约束 (UX=0) DL, ALL, , SYMM
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DA(DOF on Areas): 在面上施加约束。! 选择一个面 (假设编号为 5) ASEL, S, AREA, , 5 ! 在这个面的所有节点上施加全约束 DA, ALL, ALL, 0
约束类型与 APDL 命令的对应关系
| GUI 约束类型 | 对应的 APDL 命令/方法 | 说明 |
|---|---|---|
| Fixed Support | D, ..., ALL, 0 |
约束所有平动和转动自由度。 |
| Displacement | D, ..., UX, 0 (只约束X方向) |
指定特定自由度的值。 |
| Cylindrical Support | 使用 CYLIND 坐标系，D, ..., UR, 0 (约束切向) |
首先定义局部圆柱坐标系 (CSWPLA), 然后在该坐标系下约束切向位移 UR。 |
| Frictionless Support | SF, ..., PRES, 0 或 DL, ..., SYMM |
通常使用 SF (Surface Load) 施加一个很小的压力来模拟法向支撑，或者用 DL 施加对称边界条件来近似。 |
| Compression Only | 使用 CONTAC48 或 CONTA175 单元 |
这是一个非线性接触问题，需要定义接触对来模拟。 |
关键注意事项与最佳实践
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避免过约束:
- 过约束是指对模型的同一个自由度施加了相互矛盾的约束,一个简支梁，如果在两端都施加了
Fixed Support，那么梁的转动就被过度限制了，可能导致求解失败或结果错误。 - 正确做法: 简支梁一端用
Fixed Support(约束 UX, UY, UZ)，另一端用Displacement(只约束 UX, UY，放开 UZ)。
- 过约束是指对模型的同一个自由度施加了相互矛盾的约束,一个简支梁，如果在两端都施加了
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避免欠约束:
- 欠约束是指模型的刚体位移没有被完全消除,求解器会报错，提示模型存在刚体运动。
- 检查方法: 在求解前，可以通过求解器的 "Check" 功能来检查模型的约束是否足够。
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约束的合理性:
- 约束必须真实反映物理实际,不要为了方便而随意施加约束，一个放在地上的零件，应该使用
Frictionless Support或Compression Only Support，而不是Fixed Support，除非它被螺栓牢牢固定。
- 约束必须真实反映物理实际,不要为了方便而随意施加约束，一个放在地上的零件，应该使用
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使用远程质量点:
- 当你需要在一个小区域上施加一个集中力或力矩,但又不想让该区域的刚度过度增加时，可以使用
Remote Displacement或Remote Force，它通过一个“刚性”连接将载荷传递到区域上，而不会显著改变局部刚度。
- 当你需要在一个小区域上施加一个集中力或力矩,但又不想让该区域的刚度过度增加时，可以使用
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选择合适的约束位置:
约束应该施加在载荷传递路径的支撑点上,而不是随意的位置。
| 方法 | 优点 | 缺点 | 适用场景 |
|---|---|---|---|
| GUI (Mechanical) | 直观，易于上手，无需记忆命令 | 操作步骤多，难以自动化和参数化 | 日常分析、教学、简单模型 |
| APDL 命令 | 灵活高效，易于自动化和参数化，适合复杂建模 | 需要学习和记忆命令，编写错误不易发现 | 批量处理、复杂模型、二次开发、编写宏脚本 |
对于大多数用户来说,建议 以 GUI 操作为主，APDL 命令为辅，当需要进行重复性工作或复杂控制时，再切换到 APDL 命令，希望这份详细的指南能帮助您更好地在 ANSYS 中施加约束！
