弱彈簧
關注創建者：力學星空 創建時間：2019-07-16
弱彈簧的實例教程
總之，當ANSYS發現約束不足（或者施加的外力非常大）時，為了能夠正確計算，在必要情況下，它會添加弱彈簧。這種弱彈簧可以保證計算收斂，但是對于應力和變形基本不會有什么影響。如果我們取消該弱彈簧，會導致計算無法進行；如果我們保留該弱彈簧，而把其剛度增加得太大的話，那么相當于給系統施加了很硬的彈簧，這相當于改變了邊界條件，從而所計算的結果是不可行的。
所以，弱彈簧是一種很好的解決方法。當系統給出它加了弱彈簧的信息后，我們是需要檢查一下模型，看看有沒有問題。如果沒有問題，那么使用弱彈簧就是合適的選擇。如果有問題，則需要修改模型，不用加弱彈簧自然是最合適的方式。
來源：宋博士的博客，版權歸作者所有。
展開 在本例中，弱彈簧功能（Weak Springs）幫助我們避免了剛體運動，完成了計算，是不是就意味著只要出現了剛體運動，就可以使用弱彈簧功能（Weak Springs）呢？答案是否定的。分析中若使用了弱彈簧，在求解完成以后，我們要插入一個Force Reaction的Probe，用來探測弱彈簧的支反力，以表征這個弱彈簧對結構產生的影響。設置方法如下：
提取支反力結果，我們發現，弱彈簧產生的總體支反力僅為1.13e-12N，可以忽略不計，所以，該結構使用弱彈簧是沒有問題的。在此，筆者也提醒一句，
弱彈簧若非必需，則不用，盡量在結構上想辦法來防止剛體位移。
方法二：使用固定約束等效其中的一個力F。
我們知道，如果只看受力，可將該結構等效為下圖所示結構，此時約束一端的支反力依然為F。
我們將
Step3：載荷及邊界條件設置為一端受拉，一端為固定約束。關掉弱彈簧，然后求解。
提取應力結果，除固定約束處存在應力奇異外，其余位置應力依然為1MPa。
至此，本文結束。
展開 在workbench中，常用彈簧單元(桿單元也可以，前者更方便)來模擬吊繩。這里用一個簡單算例，如下：兩個物體，上端物體上表面固定，二者之間用四根彈簧邊對邊相連(或一個彈簧面對面)，施加加速度產生向下的體力。
進行計算時直接報錯(也可能計算不收斂)如下，該問題經常會遇到，最常見原因就是模型約束不足，產生剛體位移或轉動。
這時需要設置弱彈簧(Weak Springs)選項，手動設置剛度（如下圖，一般不能太大，根據實際情況調整）
這樣便可以計算了。
檢查弱彈簧上的力值：發現很小，對計算影響可忽略，設置合理。
檢查固定端的力值：與理論計算值是相符的。
總結：吊裝工況中使用彈簧單元模擬吊繩時，經常出現無法計算或不收斂，大概率是模型約束不足導致的（檢查保證沒有其他問題的），使用彈簧單元時經常會出現此問題，此時應考慮弱彈簧的使用。
展開 Step8：打開弱彈簧
。
分析該結構，它在題目所給條件下是平衡的，但仔細觀察發現，該結構類似于一個四桿機構，是有未約束的自由度的，計算過程中可能會因為剛體位移而報錯，所以我們打開弱彈簧，防止產生剛體位移。點擊Analysis Settings，將Solver Controls中的Weak Springs設置為On，彈簧剛度設置為Program Controlled，開啟弱彈簧功能，然后求解。弱彈簧的具體使用方法及作用原理見本公眾號文章《ANSYS實用功能詳解（一）——弱彈簧》。
Step9：求解及后處理。
該例題我們主要計算A點和B點的位移。選擇Results→Deformation→Directional（如下圖一），在Details of Directional Deformation中，將Scope中的Geometry選擇為點A，Orientation設置為Y Axis，表示我們提取A點在Y方向上的位移，如下圖二所示。同樣的方法，插入點B的Directional Deformation。最后右擊Solution（A6），選擇Eevaluate All Results，提取結果。計算結果如下圖三。
筆者在
《
ANSYS實用功能詳解（一）——弱彈簧
》提到，若使用了弱彈簧，在求解完成以后，我們要插入一個Force Reaction的Probe，用來探測弱彈簧的支反力，以表征這個弱彈簧對結構產生的影響。
展開 其中有些不容易理解的，比如弱彈簧效應，盡可網上查資料了解，說的很詳細，很好理解。
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對于光學分析來說，使用弱彈簧將導致模擬不夠精確。因此，整個組件是通過 Remote Displacements 組合來固定的。傳感器平面的移動將受到限制，因為傳感器作為像平面并且 OpticStudio 中無法對像面施加變形效果。旋轉在前框架處受到限制，因此不會把傳感器的彎曲當做是整個裝配體的旋轉。
12.刪除之前的所有載荷
13.插入Motion Load
14.找到之前從剛體動力學導出的txt文件，打開
15.自動替換為靜力學載荷
16.分析設置
注意：需要將慣性釋放設置為On，合理設置子步，如果存在剛體位移的話，將弱彈簧打開或者改為系統默認，筆者設置為off，并沒有影響求解，大變形必須設置關閉。
繪制梁的剪力圖和彎矩圖
ANSYS實用功能詳解系列
01 Weak Spring-弱彈簧
僅支持線性和二次四面體單元（SOLID285和SOLID187）；
（2）不支持具有線性和二次單元混合的多實體零件或多實體組件；
（3）不支持使用收斂（convergence）對象；
（4）不兼容以下邊界條件
-循環對稱
-基于梁的接觸算法
-接觸行為為自動非對稱
-點質量、梁連接、鉸接、彈簧和軸承連接
-隨坐標變化的邊界條件
-遠程邊界條件中的行為屬性為梁
-弱彈簧
由于分析步1中，在摩擦片x方向并未施加任何力與位移條件，處于“懸空”狀態，為保證收斂，在分析設置中打開“弱彈簧”選項。兩個摩擦片壓力歷程曲線如圖8所示.
另外，也建議打開弱彈簧weak springs選項，以防止發生剛體位移造成計算奇異，最后再查看weak springs的約束反力，如果相比其他邊界的約束反力微乎其微則可忽略weak springs對計算結果的影響。
我們建立如下的力學邊界，只考慮重力作用，該問題即為四根吊繩分別連接到鋼平臺四個點，然后從中心往上吊起鋼平臺。
設置載荷步為2步，子步設置如下圖，關閉弱彈簧，打開大變形。
默認第1載荷步計算界面數值偏移或者模型過盈，第2載荷步對軸施加軸向5mm的Y向強制位移，X向自由。
使用遠程約束控制環的外圈，遠程約束中所有方向均為0。
接觸算法使用法向拉格朗日。
Step2 結果后處理。
在結果中插入探針——力反應，設置屬性，結果如下。
3）在有限元分析設置中移除遠程質量點，進行完全慣性釋放，關閉弱彈簧選項，然后進行拓撲優化分析，GENESIS設置不變得到結果如下：
圖6完全慣性釋放拓撲優化結果
在ANSYS中慣性釋放，利用自身的質量施加一個加速度來提供慣性載荷，慣性載荷平衡外部載荷來消除剛體位移。
關閉弱彈簧。該設置是為了使用網格非線性自適應功能。
十.結果
十一.總結
沖壓成型的有限元分析作為沖壓模具高效專業的輔助設計手段，能夠為模具的設計和生成提供很大的幫助，如鈑金毛坯尺寸、材料流動、機構運動、模具結構等引起的成型性能變化等。
05
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01 Weak Spring-弱彈簧
