ANSYS弱弹簧weak spring使用.docx

1、ANSYS弱弹簧weak spring使用许多CAE朋友在ANSYS WOKKBENCH中进行静力学与瞬态动力学仿真时,都遇到过弱弹簧(weak spring)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

2、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

3、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

4、,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“anaylysis settings”得细节面板如下图,关闭弱弹簧。重新计算。结果并没有出

5、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

6、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

7、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

8、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

9、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。