我们要讨论的另外一种连接类型是关节。我们来看看这个机械臂。不同部分之间的连接被设计为以期望的方式运行，也就是说，零件之间只允许在某些方向上移动。

在某些模拟中，工程师可能不关心这些关节周围的变形或应力和应变，但他们可能关心捕获所需的动力学运动。

根据旋转和平移自由度的性质，Ansys Mechanical 提供了不同的关节类型，可用于表示各种动力学行为。例如，对于旋转关节(Revolute Joint)，只有沿该 z 轴的旋转自由度是自由的，所有其他自由度都受到约束。

对于圆柱关节(Cylindrical Joint)，只有 z 方向上的平移和旋转自由度是自由的。

对于球形关节(Spherical Joint)，所有旋转自由度都是自由的，但平移自由度受到约束。

请注意，虽然接头经常用于非线性大变形分析，但它们也可以用于线性小变形分析。

对于关节的设置，我们需要识别参考侧(Reference Side)和移动侧(Mobile Side)。关节自由度和测量值是通过参考坐标系从参考侧获取的。因此，我们认为关节的任何运动都是测量移动侧相对于参考侧的运动。

在 Ansys Mechanical 中，当我们选择一个几何体来代表参考或移动，一个远端点(remote point)会被创建来表示该几何体。与弹簧和梁连接类似，接头也可以定义为本体到本体（body-to-body）或主本体到地面(body-to-ground)，对于后者，参考将是接地侧。

我们还必须注意到，当我们谈论关节的自由度时，它们是基于参考坐标系的。例如，对于旋转关节，当我们说沿z轴的旋转自由度是自由时，z轴不是全局z轴，而是参考坐标系中的z轴。默认情况下，参考边的远端点位于参考坐标系的原点。

定义关节时，除了选择参考面和移动面外，某些类型的关节可能允许输入关节刚度。例如，套管关节(Bushing Joint)允许用户独立输入不同方向的刚度矩阵。

除了刚度之外，还有用于动态或非线性分析的附加功能，具体取决于接头类型。至于输出，Ansys Mechanical 可以报告关节所受的力以及关节的相对位移和/或相对旋转。

下面通过一个简单的实例来演示如何使用关节连接。

如图所示两个零件，相互之间存在止位，求上方零件受到1Nm扭矩时的应力情况，材料为结构钢。

首先设置关节连接，选择上方的零件作为移动侧，下方的零件为固定侧。连接方式为旋转。可以看到只有RZ是高亮的，说明只有绕Z轴的旋转自由度。这对选择合适的连接方式非常有用。

另外留意到参考坐标系(reference coordinate system)的坐标和全局的坐标不同。

在菜单中选择Connections，然后选择Configure，可以看到移动的零件出现了句柄，可以拖动，同样只有z方向的旋转是高亮的，可以拖动旋转。

设置止位之间的接触为摩擦接触，摩擦系数为0.2。

选择零件上端面，添加扭矩载荷为1Nm。注意方式是将两个零件靠近，不是分开。

将下方零件的底面设为固定约束。

网格化零件，求解。

变形结果：

上方零件应力结果：

上方零件应力结果：

小结：

关节连接用于定义零件之间的运动学约束，并且有多种用于不同目的的关节类型。在所有这些连接中，通过使用一两个最多具有 6 个自由度的远程点来降低连接位置的自由度，然后我们通过弹簧、梁或接头进行连接。这些连接所需的计算量比接触少得多，但它简化了连接的表示。

另一方面，接触是一种全面的模拟，对自由度没有任何简化或限制。当两个部分之间的交互事先未知时，或者当交互建模至关重要时，建议使用接触。请注意，接触的计算成本和模拟复杂度远高于连接。