用ANSYS进行四连杆机构的有限元分析
作者：谭辉
日期：08年3月6日
分析目的
1、利用ANSYS对典型的四连杆机构进行分析，主要包含各点的轨迹分
析，例如X和Y方向的位移等。
2、为五连杆和六连杆机构的分析提供可行的分析方法以及原型代码。
问题简述
分析主动杆1绕节点1旋转一周时节点4的运动轨迹，杆2和杆3为从动杆，具体问题见下图：
分析思路
1、根据分析目的，在ANSYS选用link1单元进行单元建模，主要考虑
是link1单元具有X和Y方向的自由度，可以获得各个节点的位移轨迹。
之后可以用梁单元等实现更高级的分析目的，例如获得杆上的力，位移，
加速度等相关信息。
2、该模型结构简单，可以利用直接建模方法进行有限元系统建模，主
要命令：N，E。
3、利用自由度耦合对重合节点进行建模，例如节点2和节点3、节点4
和节点5进行建模，主要命令：cpintf，利用该命令可以一次性将重合节
点生成自由度耦合。
4、利用表数组对于杆1（主动杆）的节点2进行瞬态边界条件的载荷施
加，分析类型为瞬态分析，主要命令：*dim，d等。
5、生成节点位移的对应变量，从而获得节点4的随时间的位移曲线，
主要命令：nsol，plvar等。
命令流如下
行号命令符号注释
结束上一次的分析
1finish
！
清除数据库，并读取启动配置文件2/clear,start
！
3
！
设置图形显示的背景颜色
4/color,pbak,on,1,5
！
5
！
6/units,si
！
设置单位制：国际单位制
7*afun,deg
！
设置三角函数运算采用度为单位
8
！
9/prep7
！
进入前处理模块
10et,1,link1
！
设置单元类型：link1
11mp,ex,1,2.07e11
！
设置材料的弹性模量
12r,1,1
！
设置单元的实常数，面积为1
13n,1,0,0,0
！
在（0，0，0）处建立节点1
14n,2,3,0,0
！
在（3，0，0）处建立节点2
15n,3,3,0,0
！在（3，0，0）处建立节点3，和节点2重合
16n,4,8,7,0
！
在（8，7，0）处建立节点4
17n,5,8,7,0
！在（8，7，0）处建立节点4，和节点4重合
18n,6,10,0,0
！
在（10，0，0）处建立节点6
19e,1,2
！
建立单元1（连接节点1和2）
20e,3,4
！
建立单元2（连接节点3和4）
21e,5,6
！
建立单元3（连接节点5和6）
22
！
23cpintf,all,1e-3
！对于重合节点一次性的建立耦合自由度，容差1e－3
24
！
25/pnum,node,1
！
显示节点编号
26/pnum,elem,1
！
显示单元编号
27eplot
！
显示单元
28finish
！
退出前处理模块
29
！
30/solu
！
进入求解模块
31antype,trans
！
设置分析类型为瞬态分析
32time,1
！
设置分析结束时间为1
33deltim,0.01
！
设置时间步长为0.01
34timint,on,all
！
打开时间积分
35
！
36*dim,node_2_ux,table,100,1,1
！设置节点2的X方向的时间－位移的表数据：node_2_ux
37*dim,node_2_uy,table,100,1,1
！设置节点2的Y方向的时间－位移的表数据：node_2_uy
38*d o,i,1,100,1
！
进入表数据赋值循环
39node_2_ux(i,0,1)=0.01*i
！设定节点2的X方向位移的时间序列：0.01，0.02，0.03 ……
40nod e_2_ux(i,1,1)=distnd(1,2)*cos(3.6*i)-distnd(1,
2) ！
设定节点2的X方向的位移序列
41node_2_uy(i,0,1)=0.01*i
！设定节点2的Y方向位移的时间序列：0.01，0.02，0.03 ……
42node_2_uy(i,1,1)=distnd(1,2)*sin(3.6*i)
！
设定节点2的Y方向的位移序列
43*end do
！
结束循环
44
！
45d,1,all,0
！
设定节点1的所有自由度为0
46d,6,all,0
！
设定节点6的所有自由度为0
47
！
48d,2,ux,%node_2_ux%
！将节点2的X方向的位移赋值为表数组：node_2_ux
49d,2,uy,%node_2_uy%
！将节点2的Y方向的位移赋值为表数组：node_2_uy
50
！
51alls
！
选择所有的对象
52outres,all,all
！
计算并输出所有的数据
53solve
！
执行求解
54finish
！
退出求解模块
55
！
56/post26
！
进入时间序列后处理模块
57nsol,2,3,u,x
！将节点3的X方向的位移设置为2＃变量
58nsol,3,3,u,y
！将节点3的Y方向的位移设置为3＃变量
59nsol,4,4,u,x
！将节点4的X方向的位移设置为4＃变量
60nsol,5,4,u,y
！将节点4的Y方向的位移设置为5＃变量
61plvar,2,3,4,5
！打印2＃、3＃、4＃和5＃变量随时间的变化曲线
62/image,save,trans_curve,jpg
！保存当前的曲线图形到文件：trans_curve.jpg，方便用户看图
63finish
！
退出时间序列后处理模块
64
！
65/post1
！
进入通用后处理模块
66/dscale,1,1
！
设置模型变形的显示比例为1
67pldisp,2
！
显示变形状态
68finish
！
退出通用后处理模块
69
！
70/exit,save
！
退出并保存数据库
几点思考
1、为什么最终显示的变形和原来的图形完全重合了？
答：因为杆1旋转了360度，在最后的载荷步计算完成和就和原来最初的模型重合了，但是可以用antime命令显示动画，就可以看出运动的效果。
2、为什么要设定求解时间步长，他和表数组的长度有没有关系？
答：有关系，设定合理的求解时间步长，对于瞬态分析求解十分必要，与其对应的表数组长度应为：求解时间/时间步长，这样才能将时间步长和表数组的时间序列一一对应，因此不建议采用自动时间步长（autots）。
3、上述程序是如何实现在时间为1时旋转360度的？
答：利用在cos和sin函数中在循环变量前乘系数的方式实现的，系数＝旋转度数/表数组的长度；如果要实现时间1时旋转270度，则循环变量前乘以系数2.7（表数组的长度为100）。
4、对于五连杆和六连杆机构，我该怎么办？
答：建模过程基本一致，需要注意在重合的节点处建立2个节点；其次对于五连杆以及六连杆机构需要认真地分析自由度和限制条件，否则计算结果明显不对。