ANSYS弱弹簧weakspring使用文档格式.docx

ANSYS弱弹簧weakspring使用文档格式.docx

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其尺寸设置如下

即长度为1000mm，而截面尺寸是100mm*100mm。

3.划分网格得到有限元模型。

双击model,进入到mechanical中，并自动划分网格，结果如下。

4.施加边界条件。

左端面施加位移边界条件，三个方向的位移都为零。

在右端面上施加10KN的拉力。

5.求解并得到结果。

计算完毕后，没有任何警告或者错误信息，而X方向的位移结果是

即拉伸了0.00498mm左右。

其应力大小是

由于在左边存在应力集中，此处有轻微的变化。

而杆件的绝大部分应力是1Mpa，这与实际情况是吻合的。

6.改变位移边界条件，改变成力的边界条件。

在上图中，轴线方向是X方向。

该轴也只是在X方向上受力。

从理论上看来，对于左端面，可以只约束X方向，而Y方向和Z方向可以是自由的。

因此，下面对于左端面，只约束其X方向的位移，查看结果如何。

修改左端面的位移边界条件如下图

请注意左上角的文字提示，该截面的Y，Z位移都是free，即没有做位移限制。

7.求解并查看结果。

进行求解。

求解结束后，在信息栏中出现了警告信息如下图

为了看清楚该信息的全部内容，双击打开该警告信息。

其含义是说，有一个或者多个物体，可能没有约束好，导致发生了刚性位移。

为了获得一个解，ANSYS给我们添加了弱弹簧。

如果你想知道更多的信息，请看帮助系统中的troubleshooting部分。

我们先接着看看结果。

位移的结果

最大位移是0.005mm，相比前面的解而言，有微弱的变化，可以忽略不计。

应力的结果

非常好，完全与理论一致，也是我们所需要的结果。

那么上面出现的警告又是什么意思呢？

ANSYS添加了一个弱弹簧，如果我们不要该弱弹簧会如何？

8.关闭弱弹簧设置并重新计算。

设置一下“anaylysissettings”的细节面板如下图，关闭弱弹簧。

重新计算。

结果并没有出现什么问题，而应力和位移与没有关闭前一模一样。

可见，该弱弹簧是可以被关闭的，并不一定需要添加。

9.用集中力取代左边的位移边界条件并计算。

现在压制左边的位移边界条件，

然后在左端面上施加一个集中力，是拉力，大小为10kn.

现在的边界条件如下

即：

不再有位移边界条件，而是在左右两端面分别施加拉力。

对于分析设置，关闭弱弹簧如下图。

开始计算。

结果出错，信息如下

其中的警告信息如下图

含义是，在求解过程中遇到了奇异，这是因为出现了病态矩阵。

这种情况一般是由于材料属性设置不合理，模型没有约束好，或者接触设置出了问题。

其中的错误信息如下

它说，在计算过程中出现了未知错误。

请检查求解信息物体的求解器输出，以便查看可能的原因。

此时在窗口左边的树形大纲上，出现了我们不喜欢的红色闪电符号

计算结果是值得怀疑的。

我们反省一下。

我们所做的改变，只是把边界条件进行了变化，把左端面变成了施加力的情况，左右端面的力是相等的，该杆件应该不会发生刚性位移，从而也不需要约束。

但是ANSYS认为我们的模型没有约束好，这是怎么回事呢？

实际上，数值计算与我们的想象不一致。

我们以为左右两端面的力会平衡，实际计算并不一定会如此。

左端面10kN的力最终会分配到该端面的各个节点上，右端面也会如此。

这样分配以后，一般都会存在一些误差，导致最终在梁的轴线方向上，左右两端面的力并不平衡，从而导致刚性位移。

为了约束这极可能存在的刚性位移，我们需要给杆件施加弱弹簧，就是在梁的两个端面节点和地面之间加上弹簧，该弹簧的刚度很小很小，一般只有梁单元弹性模量的百万分之一，这样，并不会对应力和变形计算造成实质的影响，但是却可以防止可能存在的刚性位移。

这就是ANSYS所采用的方式。

我们现在打开弱弹簧。

请查看上图中的设置

首先，我们打开了弱弹簧。

就是请ANSYS为我们加上弱弹簧。

接着，我们确定该弹簧的刚度是通过输入因子的方式确定的。

最后，我们确定该因子是1，就是说，该弹簧的刚度是梁单元弹性模量的百万分之一。

现在，重新计算。

计算完成后，出现了警告信息。

该警告信息与前面一致。

只是说ANSYS已经为我们添加了弱弹簧。

但是并没有错误信息。

查看变形结果

由于是对称的拉伸，所以一边是正向位移，一边是负向位移，大小均为0.0025mm,这是对的。

总的变形量是0.5mm，这与前面的计算一致。

应力结果如下图

可见，应力也完全正确。

可见，施加弱弹簧以后，结果看不出有什么影响，但是没有出错信息出现。

这就是弱弹簧的好处，既满足了我们的需求，又使得计算可以进行。

那么，弱弹簧的刚度变大又会如何呢？

我们下面试着把弱弹簧的刚度增加到系统默认刚度的100万倍。

计算并查看结果

则变形是

可见，位移发生了一些改变。

应力是

在两端面，应力有些微的改变，大概是8%左右。

仔细查看左端面

我们可以看出，每个边的中间点处，应力集中。

至此我们可以明白，ANSYS是在每边的中点处，施加了4根弹簧，而每根弹簧的刚度为我们所指定的刚度。

对于另外一个端面也是如此，这样,ANSYS共施加了8根弹簧。

显然，由于施加的弹簧刚度过大，导致这里出现了应力集中，这影响了我们的计算结果，这与实际情况是不符合的。

总之，当ANSYS发现约束不足（或者施加的外力非常大）时，为了能够正确计算，在必要情况下，它会添加弱弹簧。

这种弱弹簧可以保证计算收敛，但是对于应力和变形基本不会有什么影响。

如果我们取消该弱弹簧，会导致计算无法进行；

如果我们保留该弱弹簧，而把其刚度增加得太大的话，那么相当于给系统施加了很硬的弹簧，这相当于改变了边界条件，从而所计算的结果是不可行的。

所以，弱弹簧是一种很好的解决方法。

当系统给出它加了弱弹簧的信息后，我们是需要检查一下模型，看看有没有问题。

如果没有问题，那么使用弱弹簧就是合适的选择。

如果有问题，则需要修改模型，不用加弱弹簧自然是最合适的方式。