ANSYS弱弹簧weak spring使用.docx

ANSYS弱弹簧weak spring使用.docx

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ANSYS弱弹簧weakspring使用

许多CAE朋友在ANSYSWOKKBENCH中进行静力学与瞬态动力学仿真时,都遇到过弱弹簧（weakspring）得问题,我们发现,在求解结束以后,ANSYS经常提到它给我们加了一个弱弹簧,并建议我们检查一下模型,这就是什么意思呢？

弱弹簧就是好还就是不好,对于结果有没有影响,该不该加,如何加呢？

ANSYS加弱弹簧得目得又就是什么呢？

我们先考察一个超级简单得例子,然后通过该例子来考察ANSYS所施加得弱弹簧得含义。

一根矩形截面梁,长度为1米,横截面就是100mm*100mm,左边固定,右边加10kN得力,现在考虑加力后它得变形与应力。

显然,这就是一个简单得拉伸问题,在轴线方向上应力都就是一样得,按照拉伸得应力公式,可以计算其大小为1Mpa。

我们先对该问题进行建模,然后修改边界条件,来考察弱弹簧得含义。

1、创建静力学分析系统。

2、创建梁得三维模型。

双击geometry单元格,进入到DM中,然后创建一根三维梁

其尺寸设置如下

即长度为1000mm,而截面尺寸就是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,三个方向得位移都为零。

在右端面上施加10KN得拉力。

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方向得位移结果就是

即拉伸了0、00498mm左右。

其应力大小就是

由于在左边存在应力集中,此处有轻微得变化。

而杆件得绝大部分应力就是1Mpa,这与实际情况就是吻合得。

6、改变位移边界条件,改变成力得边界条件。

在上图中,轴线方向就是X方向。

该轴也只就是在X方向上受力。

从理论上瞧来,对于左端面,可以只约束X方向,而Y方向与Z方向可以就是自由得。

因此,下面对于左端面,只约束其X方向得位移,查瞧结果如何。

修改左端面得位移边界条件如下图

请注意左上角得文字提示,该截面得Y,Z位移都就是free,即没有做位移限制。

7、求解并查瞧结果。

进行求解。

求解结束后,在信息栏中出现了警告信息如下图

为了瞧清楚该信息得全部内容,双击打开该警告信息。

其含义就是说,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。

如果您想知道更多得信息,请瞧帮助系统中得troubleshooting部分。

我们先接着瞧瞧结果。

位移得结果

最大位移就是0、005mm,相比前面得解而言,有微弱得变化,可以忽略不计。

应力得结果

非常好,完全与理论一致,也就是我们所需要得结果。

那么上面出现得警告又就是什么意思呢？

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”得细节面板如下图,关闭弱弹簧。

重新计算。

结果并没有出现什么问题,而应力与位移与没有关闭前一模一样。

可见,该弱弹簧就是可以被关闭得,并不一定需要添加。

9、用集中力取代左边得位移边界条件并计算。

现在压制左边得位移边界条件,

然后在左端面上施加一个集中力,就是拉力,大小为10kn、

现在得边界条件如下

即:

不再有位移边界条件,而就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

其中得警告信息如下图

含义就是,在求解过程中遇到了奇异,这就是因为出现了病态矩阵。

这种情况一般就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。

其中得错误信息如下

它说,在计算过程中出现了未知错误。

请检查求解信息物体得求解器输出,以便查瞧可能得原因。

此时在窗口左边得树形大纲上,出现了我们不喜欢得红色闪电符号

计算结果就是值得怀疑得。

我们反省一下。

我们所做得改变,只就是把边界条件进行了变化,把左端面变成了施加力得情况,左右端面得力就是相等得,该杆件应该不会发生刚性位移,从而也不需要约束。

但就是ANSYS认为我们得模型没有约束好,这就是怎么回事呢？

实际上,数值计算与我们得想象不一致。

我们以为左右两端面得力会平衡,实际计算并不一定会如此。

左端面10kN得力最终会分配到该端面得各个节点上,右端面也会如此。

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

为了约束这极可能存在得刚性位移,我们需要给杆件施加弱弹簧,就就是在梁得两个端面节点与地面之间加上弹簧,该弹簧得刚度很小很小,一般只有梁单元弹性模量得百万分之一,这样,并不会对应力与变形计算造成实质得影响,但就是却可以防止可能存在得刚性位移。

这就就是ANSYS所采用得方式。

我们现在打开弱弹簧。

请查瞧上图中得设置

首先,我们打开了弱弹簧。

就就是请ANSYS为我们加上弱弹簧。

接着,我们确定该弹簧得刚度就是通过输入因子得方式确定得。

最后,我们确定该因子就是1,就就是说,该弹簧得刚度就是梁单元弹性模量得百万分之一。

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。

只就是说ANSYS已经为我们添加了弱弹簧。

但就是并没有错误信息。

查瞧变形结果

由于就是对称得拉伸,所以一边就是正向位移,一边就是负向位移,大小均为0、0025mm,这就是对得。

总得变形量就是0、5mm,这与前面得计算一致。

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,结果瞧不出有什么影响,但就是没有出错信息出现。

这就就是弱弹簧得好处,既满足了我们得需求,又使得计算可以进行。

那么,弱弹簧得刚度变大又会如何呢？

我们下面试着把弱弹簧得刚度增加到系统默认刚度得100万倍。

计算并查瞧结果

则变形就是

可见,位移发生了一些改变。

应力就是

在两端面,应力有些微得改变,大概就是8%左右。

仔细查瞧左端面

我们可以瞧出,每个边得中间点处,应力集中。

至此我们可以明白,ANSYS就是在每边得中点处,施加了4根弹簧,而每根弹簧得刚度为我们所指定得刚度。

对于另外一个端面也就是如此,这样,ANSYS共施加了8根弹簧。

显然,由于施加得弹簧刚度过大,导致这里出现了应力集中,这影响了我们得计算结果,这与实际情况就是不符合得。

总之,当ANSYS发现约束不足（或者施加得外力非常大）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,但就是对于应力与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得话,那么相当于给系统施加了很硬得弹簧,这相当于改变了边界条件,从而所计算得结果就是不可行得。

所以,弱弹簧就是一种很好得解决方法。

当系统给出它加了弱弹簧得信息后,我们就是需要检查一下模型,瞧瞧有没有问题。

如果没有问题,那么使用弱弹簧就就是合适得选择。

如果有问题,则需要修改模型,不用加弱弹簧自然就是最合适得方式。