ANSYS中弱彈簧的含義轉(zhuǎn)載

1、ANSYSWORKBENCH中弱彈簧的含義(2014-09-1408:54:41)轉(zhuǎn)載標(biāo)簽：分類：CAEansys許多CAE朋友在ANSYSWOKKBENCH中進(jìn)行靜力學(xué)和瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)仿真時(shí)，都遇到過弱彈簧(weakspring)的問題，我們發(fā)現(xiàn)，在求解結(jié)束以后，ANSYS經(jīng)常提到它給我們加了一個(gè)弱彈簧，并建議我們檢查一下模型，這是什么意思呢？弱彈簧是好還是不好，對(duì)于結(jié)果有沒有影響，該不該加，如何加呢？ANSYS加弱彈簧的目的又是什么呢？我們先考察一個(gè)超級(jí)簡(jiǎn)單的例子，然后通過該例子來考察ANSYS所施加的弱彈簧的含義。一根矩形截面梁，長(zhǎng)度為1米，橫截面是100mm*100mm,左邊固定，右邊加1

2、0kN的力，現(xiàn)在考慮加力后它的變形和應(yīng)力。顯然，這是一個(gè)簡(jiǎn)單的拉伸問題，在軸線方向上應(yīng)力都是一樣的，按照拉伸的應(yīng)力公式，可以計(jì)算其大小為1Mpa。我們先對(duì)該問題進(jìn)行建模，然后修改邊界條件，來考察弱彈簧的含義。1.創(chuàng)建靜力學(xué)分析系統(tǒng)。kStateStructual2EngineenngData“3。GeometryW4成Model號(hào)5 例Setupfj6 增Solution管_j7 RusultsTjStaticStrUGtul2 .創(chuàng)建梁的三維模型。雙擊geometry單元格，進(jìn)入到DM中，然后創(chuàng)建一根三維梁f60D2SED其尺寸設(shè)置如下Dctflll9floci8HMHXVPlanrSoxl

3、ypeFromOrwPointand.PciintlDefinitjflinCrchnatfDi.ont1XcfHrdiiat#ftmmFD4gnt1VCMwdiiut*OmmFD5Poi卅lESovdinHt0mm,igUrjiDefinithWCEnpQFHFD6口麗cnM*CarfnfrwtLOCOmmFO工vCfl-mporwfLOOMIDS.Di4gcMilZCwnponritLOOnrrnAtThin/5urftcff?_N&即長(zhǎng)度為1000mm,而截面尺寸是100mm*100mm。3 .劃分網(wǎng)格得到有限元模型。雙擊model,進(jìn)入到mechanical中，并自動(dòng)劃分網(wǎng)格，結(jié)果如下

4、。凰改在右端面上施加10KN的拉力。左端面施加位移邊界條件，三個(gè)方向的位移都為零。4.施加邊界條件。5.求解并得到結(jié)果。計(jì)算完畢后，沒有任何警告或者錯(cuò)誤信息，而X方向的位移結(jié)果是1.如*NTOispIrepmE-niForcesl(raaoNC*rtfiparienLli1OOOC.iO,D.N4Ms5J請(qǐng)注意左上角的文字提示，該截面的Y,Z位移都是free,即沒有做位移限制。7 .求解并查看結(jié)果。進(jìn)行求解。求解結(jié)束后，在信息欄中出現(xiàn)了警告信息如下圖為了看清楚該信息的全部?jī)?nèi)容，雙擊打開該警告信息。ANSYSWorkbench-Warning-Onec?rmoirebodiesmdybeunde

5、rccristrainedandsxprierdrgrigidbodynnotion.Weaksprirgshavebeendddedtoattainasolution.RefertoTroubleshootingintheHelpSystemformoredetaik.醞其含義是說，有一個(gè)或者多個(gè)物體，可能沒有約束好，導(dǎo)致發(fā)生了剛性位移。為了獲得一個(gè)解，ANSYS給我們添加了弱彈簧。如果你想知道更多的信息，請(qǐng)看幫助系統(tǒng)中的troubleshooting部分。我們先接著看看結(jié)果。位移的結(jié)果0JOCS皿/0jQ0則笛疆9OjO0333330)027776。則7跟為OjOOILLLLOjOOOS癢

6、&QMin最大位移是0.005mm,相比前面的解而言，有微弱的變化，可以忽略不計(jì)。應(yīng)力的結(jié)果非常好，完全與理論一致，也是我們所需要的結(jié)果。那么上面出現(xiàn)的警告又是什么意思呢？ANSYS添加了一個(gè)弱彈簧，如果我們不要該弱彈簧會(huì)如何？8 .關(guān)閉弱彈簧設(shè)置并重新計(jì)算。設(shè)置一下anaylysissettings”的細(xì)節(jié)面板如下圖，關(guān)閉弱彈簧。lysisSetting5-重新計(jì)算。結(jié)果并沒有出現(xiàn)什么問題，而應(yīng)力和位移與沒有關(guān)閉前一模一樣?？梢?該弱彈簧是可以被關(guān)閉的，并不一定需要添加。9 .用集中力取代左邊的位移邊界條件并計(jì)算。現(xiàn)在壓制左邊的位移邊界條件，日vSstatic&tmctural(A5)一/G

7、AnalysisSettings-ForceDisplacefrent-a-然后在左端面上施加一個(gè)集中力，是拉力，大小為10kn.口Foret九MOMNCorrtpcinbnts:*100。口0,4。.N1現(xiàn)在的邊界條件如下.-IStatictrucbural(AS)-9個(gè)AnalysisSettings八方Porce-興現(xiàn)DigpJacementForce2即：不再有位移邊界條件，而是在左右兩端面分別施加拉力。對(duì)于分析設(shè)置，關(guān)閉弱彈簧如下圖。開始計(jì)算。結(jié)果出錯(cuò)，信息如下其中的警告信息如下圖含義是，在求解過程中遇到了奇異，這是因?yàn)槌霈F(xiàn)了病態(tài)矩陣。這種情況一般是由于材料屬性設(shè)置不合理，模型沒有約

8、束好，或者接觸設(shè)置出了問題。其中的錯(cuò)誤信息如下Anunknownerroroccurredduringsolution.ChecktheSolver_OutputcntheG-alutioriJufarmstieinobjectforpossiblecauses.確定它說，在計(jì)算過程中出現(xiàn)了未知錯(cuò)誤。請(qǐng)檢查求解信息物體的求解器輸出，以便查看可能的原因。此時(shí)在窗口左邊的樹形大綱上，出現(xiàn)了我們不喜歡的紅色閃電符號(hào)*nfgr-日,三|StdLiCSttudilrlrr/個(gè)MjAybiSethTpfrt聲.ftrce精電Oiplflcenicnt月同/血X哂m(A6)f_*J沁iwimtorns即附D

9、recMalDefofmMnftbNomdStress計(jì)算結(jié)果是值得懷疑的。我們反省一下。我們所做的改變，只是把邊界條件進(jìn)行了變化，把左端面變成了施加力的情況，左右端面的力是相等的，該桿件應(yīng)該不會(huì)發(fā)生剛性位移，從而也不需要約束。但是ANSYS認(rèn)為我們的模型沒有約束好，這是怎么回事呢？實(shí)際上，數(shù)值計(jì)算與我們的想象不一致。我們以為左右兩端面的力會(huì)平衡，實(shí)際計(jì)算并不一定會(huì)如此。左端面10kN的力最終會(huì)分配到該端面的各個(gè)節(jié)點(diǎn)上，右端面也會(huì)如此。這樣分配以后，一般都會(huì)存在一些誤差，導(dǎo)致最終在梁的軸線方向上，左右兩端面的力并不平衡，從而導(dǎo)致剛性位移。為了約束這極可能存在的剛性位移，我們需要給桿件施加弱彈簧

10、，就是在梁的兩個(gè)端面節(jié)點(diǎn)和地面之間加上彈簧，該彈簧的剛度很小很小，一般只有梁?jiǎn)卧獜椥阅Ａ康陌偃f(wàn)分之一，這樣，并不會(huì)對(duì)應(yīng)力和變形計(jì)算造成實(shí)質(zhì)的影響，但是卻可以防止可能存在的剛性位移。這就是ANSYS所采用的方式。我們現(xiàn)在打開弱彈簧。StepCentralsklLimberOfSteps1CurrentStepNumber1Step-EndTime1$AutolimeJeppingProgramControlledSolverControl!McIverTypeProgramControlledLVeakSpringsUn：SpringStiffnessFactorfpringStiffnessF

11、actor1LargeOffHInertiaReliefRestartControlsNonlinearCentredOutputControlsAnalysisDdtdNana9ement請(qǐng)查看上圖中的設(shè)置首先，我們打開了弱彈簧。就是請(qǐng)ANSYS為我們加上弱彈簧。接著，我們確定該彈簧的剛度是通過輸入因子的方式確定的。最后，我們確定該因子是1,就是說，該彈簧的剛度是梁?jiǎn)卧獜椥阅Ａ康陌偃f(wàn)分之一?，F(xiàn)在，重新計(jì)算。計(jì)算完成后，出現(xiàn)了警告信息。該警告信息與前面一致。只是說ANSYS已經(jīng)為我們添加了弱彈簧。但是并沒有錯(cuò)誤信息。查看變形結(jié)果OdOO心K。上口力而5OJWW77T9SjOCinZTbLCM的

12、才以加1期。/加叫30gMin由于是對(duì)稱的拉伸，所以一邊是正向位移，一邊是負(fù)向位移，大小均為0.0025mm,這是對(duì)的。總的變形量是0.5mm,這與前面的計(jì)算一致。應(yīng)力結(jié)果如下圖可見，應(yīng)力也完全正確?？梢姡┘尤鯊椈梢院?，結(jié)果看不出有什么影響，但是沒有出錯(cuò)信息出現(xiàn)。這就是弱彈簧的好處，既滿足了我們的需求，又使得計(jì)算可以進(jìn)行。那么，弱彈簧的剛度變大又會(huì)如何呢?我們下面試著把弱彈簧的剛度增加到系統(tǒng)默認(rèn)剛度的100萬(wàn)倍。二&lvrControlsIverTypeProgramControlledWeakSpringsOriSpringStifftitjiFactorSpringStffntMFact

13、orLargeDeflectionOffInertiaiReliefOff計(jì)算并查看結(jié)果則變形是00024第Uax).0019327潮50.CQOm32-OjOCO?7f.LL-ODOOBisnojDGism-M019327QKZ4融Min可見，位移發(fā)生了一些改變。應(yīng)力是.uoe?Maxijojw1JJ0O30571a9韓4M65035gMOjBKSSMin在兩端面，應(yīng)力有些微的改變，大概是8%左右。仔細(xì)查看左端面我們可以看出，每個(gè)邊的中間點(diǎn)處，應(yīng)力集中。至此我們可以明白，ANSYS是在每邊的中點(diǎn)處，施加了4根彈簧，而每根彈簧的剛度為我們所指定的剛度。對(duì)于另外一個(gè)端面也是如此，這樣,ANSYS共施加了8根彈簧。顯然，由于施加的彈簧剛度過大，導(dǎo)致這里出現(xiàn)了應(yīng)力集中，這影響了我們的計(jì)算結(jié)果，這與實(shí)際情況是不符合的。總之，當(dāng)ANSYS發(fā)現(xiàn)約束不足（或者施加的外力非常大）時(shí)，為了能夠正確計(jì)算，在必要情況下，它會(huì)添加弱彈簧。這種弱彈簧可以保證計(jì)算收斂，但