连接器单元是 Abaqus 中我最喜欢的元素类型之一。它们用途极其广泛，如果您在模型构建过程中正确设置它们，还可以节省后处理时间。在本文中，我们将介绍如何使连接器单元和不同的连接类型可用。
为什么使用连接器单元？
FEA 中有无数涉及两个或多个连接在一起的零件的建模问题。有时，连接很简单，一个简单的关系约束或 RBE2 就可以完成这项工作。但是，如果您尝试对具有停止机构的减震器进行建模，或者尝试对数百个开槽销进行建模，而对销进行物理建模的计算成本会很高，该怎么办？诸如此类的问题以及更多问题都可以通过使用连接器元件来解决！
如果您已经熟悉多点约束 (MPC)，那么连接器元素非常相似，因为它们都对模型施加运动学约束。然而，与 MPC 不同，连接器元件不会消除自由度。相反，运动学约束是通过拉格朗日乘子来强制执行的。这效率较低，但作为回报，它们能够返回力和力矩输出，并提供其他功能，例如加载和阻尼——仅举几例。
在 Abaqus CAE 中构建连接器
首先，我们必须创建连接器部分。在交互模块中，创建一个连接器部分，然后您可以选择连接类别和连接类型。最后，您可以添加连接器行为。我们将在本文后面介绍连接行为和类型。
创建连接器部分后，我们现在可以使用连接器构建器来创建连接器元素。首先，选择要连接的两个参考点。如果您选择几何点或基准点，连接器构建器将为您创建参考点。此外，您还可以选择连接到地面，而不是选择第二个点。该选项可用于制作接地弹簧或阻尼器。选择两个点后，您可以选择连接器部分和连接器的方向。
对于我的示例，我让连接器构建器创建一个坐标系作为两点之间的轴：
我们始终可以在连接器部分分配管理器中更改连接器部分和方向。
您还可以将连接器部分分配给预先存在的连线，而不是使用连接器生成器，但我认为使用连接器生成器要方便得多。
连接器类型库
Abaqus 提供了许多不同的连接类型，可以允许连接器行为或运动学上约束相对运动的不同组件。这些总结如下表：
绿色单元格显示可用于定义连接器行为、连接器运动或连接器负载的相对运动分量，红色单元格显示相对运动的运动学约束分量。白色单元格既不可用于定义连接器行为/运动/负载，也不可用于运动学约束。
在下面的部分中，我们将介绍每种连接类型的连接类型图以及何时使用每种连接类型。这将是非常高的水平；有关每种连接类型的完整详细信息，请参阅 Abaqus 文档。您还可以通过单击连接器部分创建页面中的灯泡符号来查看 Abaqus CAE 中的连接类型图。
加速度计
此连接类型仅在 Abaqus Explicit 中可用。它用于测量两点之间的相对位置、速度和加速度。
对齐
此连接类型限制两点之间的所有旋转。
轴向
当相对位移沿着分隔两个节点的线时使用此连接类型。这对于弹簧或阻尼器等连接很有用。
梁
这种连接类型在运动学上限制相对运动的所有分量。这是一种多功能连接类型——其中一个应用是螺栓的快速建模。如果您只想拉动螺栓力而不考虑预紧力，那么梁连接器可以解决问题！
衬套
这种连接类型具有可用的相对运动的所有组件。对于无法进行物理测试的情况（例如汽车控制臂），这是一种近似可变形连接的好方法。
Cardan万向副
此连接提供两个节点之间的旋转连接，其中相对旋转由万向角（偏航-俯仰-滚动）参数化。
笛卡尔
此连接提供两个节点之间的连接，其中在三个本地连接方向上测量位置变化。这对于正交各向异性连接非常有效。
恒速
这种连接类型固定两个接头之间的角度。
等速万向节
这种连接类型与等速连接器相同，但它也限制所有平移。顾名思义，它的最佳应用是对车辆上的等速万向节进行建模。
圆柱副
这种连接类型允许扭转和平移，但限制相对运动的所有其他分量。这是对引脚进行建模的好方法。
欧拉
此连接类型提供两个节点之间的旋转连接，其中相对旋转由欧拉角（进动-章动-自旋）参数化。
屈曲-扭转
这种连接类型模拟两轴之间圆柱形联轴器的弯曲和扭转。不是代表三个连续的旋转，而是分别测量弯曲角、扭转角和扫掠角。
流量转换器
这种连接类型将连接器的两个节点之间围绕用户指定的轴的相对旋转转换为连接器元件的第二节点处的材料流动自由度。带或电缆材料被认为缠绕在轴或滚筒上，并且材料可以卷入或卷出连接器元件。它可用于安全带和绞车类设备中的电缆卷筒等应用。
合页/转动副
这种连接类型仅允许沿其轴线旋转。它可用于门铰链、车轴和吊桥等应用。
Join球铰
这种连接类型使得两个节点的位置相同。它可用于对球窝接头进行建模。
关联
这种连接类型在两个节点之间保持恒定的距离。它可用于对连接杆和拉紧的提升吊索/链条进行建模（假设没有压缩）。
平面
这种连接类型在三维分析中提供了局部二维系统 - 结合了旋转和滑动平面连接类型。它可用于建模滑动约束。
Projection Cartesian 投影笛卡尔
这种连接类型与屈曲-扭转非常相似。然而，报告了两个分量屈曲角，而不是一个屈曲角和一个后掠角。
径向推力
牵开器
此连接类型结合了连接和流转换器连接类型。它可用于安全带和绞车类设备中的电缆卷筒等应用。
转动副
此连接类型提供两个节点之间的连接，其中旋转围绕两个局部方向受到约束，并且围绕共享轴自由。这提供了铰链和圆柱连接类型的旋转部分，但它本身没有太多用处。
回转
此连接类型提供两个节点之间的旋转连接，其中相对旋转由旋转矢量参数化。如果定义连接器行为，通常首选 Cardan 或 Euler；然而，旋转与规定的连接器运动结合起来效果很好。
旋转加速度计
此连接类型仅在 Abaqus Explicit 中可用。这用于测量两点之间的相对角位置、速度和加速度。
滑翔机
这种连接类型将节点 b 保持在由节点 a 的方向和节点 b 的初始位置定义的平面上。这是对未固定在地板上且摩擦力较低的结构的脚进行建模的好方法。
滑环
这种连接类型仅允许沿一个方向平移。这对于任何开槽连接都非常有用。
移动副
此连接类型在所有方向和旋转上约束两个节点，除了沿着连接它们的线之外。这种连接类型非常适合对导轨连接（例如抽屉滑轨）进行建模。
U 型接头
通用连接器
这种连接类型固定绕一个局部方向的旋转并释放其他两个方向。每当您需要约束单个旋转时都可以使用此功能。
焊接
连接器行为
Elasticity:
弹性：此行为允许为相对运动的可用组件设置类似弹簧的弹性行为。
Friction:
摩擦：此行为允许为相对运动的可用分量定义摩擦效应。例如，如果使用连接器对槽中的引脚进行建模，则引脚和槽之间的界面处可能会存在一些摩擦。
Stop:
停止：此行为设置相对运动分量方向上的位置上限和下限。例如，车辆中的减震器在触底时具有一定的长度，因此可以使用停止行为来设置该触底值。
Lock:
锁定：如果满足任一条件列表，此行为允许连接器锁定。您可以设置一旦满足锁定标准，是否锁定相对运动的全部或部分分量。安全带中的速度锁定标准就是一个例子。其他可以设置的锁定标准包括力、力矩和位置。
Failure:
失效：如果相对运动分量、力或力矩变得太大，这种行为会导致连接器断裂。当满足失效准则时，相对运动的所有分量将被释放。
Reference Length:
参考长度：这可以设置相对运动的可用分量的本构力和力矩为零的平移或角位置。当参考位置与模型中的初始位置不同时，应将其与弹性或摩擦行为结合使用。
Integration:
集成：此行为仅在 Abaqus Explicit 中可用。默认情况下，连接器本构行为是隐式积分的，这不会以任何方式影响分析的稳定性或时间增量。然而，通过对用连接器建模的“软”弹簧使用显式时间积分，计算性能可能会略有提高。
连接器驱动
除了上述行为之外，您还可以向具有可用相对运动分量的连接器元素施加力和位移。可以从载荷菜单应用连接器力和力矩，可以从边界条件菜单应用连接器位移和速度。
输出连接器单元结果
在 Abaqus CAE 中，您可以在步骤模块中请求连接器元素输出。将域更改为包含连接器元素或连接器电线的集 合，然后连接器输出变量将在字段/历史输出请求框中变为可用。可用的输出变量包括力、力矩、位移和旋转。
请注意，对于历史输出和 *_LOCAL 字段输出，结果将遵循连接器的固有坐标系。对于不以 _LOCAL 结尾的字段输出，结果将遵循连接器第一个节点的方向。这些都不一定与模型的全局坐标系对齐。
这是连接器元件真正大放异彩的一个领域。如果将 *EL PRINT 添加到输入面板，则可以将连接器元素历史输出直接输出到 .dat 文件。想象一下能够将模型中的所有螺栓力复 制到表中，甚至无需打开 .odb！
综合应用
在这里，我们有一个小型张拉整体桌子的模型，由两块木板和五根预张紧电缆连接而成，给人一种桌子是漂浮的错觉。当主要负载通过中心电缆时，四个角电缆有助于稳定工作台。所有电缆均使用具有弹性属性和参考长度的轴向连接器（仅适用于 CU1）进行建模。弹性属性的设置使得如果连接器低于其参考长度（也称为电缆受到压缩），它们将不再反作用轴向力。中心电缆上的连接器结合了轴向连接器和万向连接器，但没有对相对运动的旋转分量设置行为。焊接连接器（约束相对运动的所有组件）用于测量从工作台底部传递到受约束地板的载荷。所有连接器元件均使用 RBE3 连接至接触片。
关于这些结果的一些观察：
元件 6 的连接器力输出正是我们所期望的，基于连接器 X 中施加的负载（30 + 5 + 0.37（木块的重量）），它对应于全局 Y；连接器 Z 中的 5，它对应于全局 X）。
总结
当然，掌握连接器元件的使用需要练习和经验。但真正热爱的CAEr喜欢做的事情莫过于构建具有数百个连接器元件的复杂 FEA 模型！
