力偶
關注創建者：博集華仿 創建時間：2019-08-02
力偶的視頻教程
基于ANSYS的實體單元扭矩施加方法(用若干對力代替力偶)
由于ANSYS中不能直接對實體單元施加力矩，傳統方法采用若干對力偶來代替扭矩，該方法容易導致局部應力集中；改進的方法引入一些特殊單元如rbe3單元、mpc184單元、mass21單元等，通過引入這些特殊單元，能夠比較好的實現扭矩的施加，但是特殊單元的引入又改變了整體剛度矩陣。為了解決由于引入特殊單元而導致影響整體剛度矩陣的問題，有學者等提出采用接觸單元能夠很好的解決扭矩的施加問題。
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基于ANSYS的實體單元扭矩施加方法總結
由于ANSYS中不能直接對實體單元施加力矩，傳統方法采用若干對力偶來代替扭矩，該方法容易導致局部應力集中；改進的方法引入一些特殊單元如rbe3單元、mpc184單元、mass21單元等，通過引入這些特殊單元，能夠比較好的實現扭矩的施加，但是特殊單元的引入又改變了整體剛度矩陣。為了解決由于引入特殊單元而導致影響整體剛度矩陣的問題，有學者等提出采用接觸單元能夠很好的解決扭矩的施加問題。
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力偶的實例教程
力偶不是一個集中力，所以它不是“力是物體運動狀態改變的原因”中“一個集中力”。但是如果你想讓剛體發生純轉動改變（質心的運動狀態不變，只改變繞質心的轉動狀態），這時作用一個集中力是無法實現的。力“系”可以實現這樣的效果，實現該效果的最簡單力系就是“一個”力偶。再次提醒，力偶不是一個集中力，它是一個集中力之“系”。
如果剛體的運動被限制為只能發生定軸轉動，那么可以計算一個集中力對軸之矩（jǔ）—力矩，用此量可以分析該定軸轉動剛體的角加速度（轉動狀態的該變量）。那么可不可以說“力矩是物體運動狀態改變的原因”呢？筆者認為不可以，因為力學圈在回答問題時，一定會把所有的作用因素都考慮進來（避免限入詭辯術慣用的中途“改變定義和前提”的伎倆），而力矩概念中并不含軸對物體作用信息（確實考慮了軸的位置信息）。
此外，矩心是可以任意選的，即使物體沒有轉動軸，也可以計算出力矩。再特殊點，對只在質心受到集中力的剛體發生平移（假設初始轉速也為零）。此種情形，仍然可以計算作用于質心的集中力對任意點的矩。
更確切地說，力矩就如同主矢，是一個計算量。即使對于剛體，它也很難被理解為物理量。
哈工大理論力學教材中一道思考題是：從力偶理論知道，一力不能與力偶平衡。但為什么下圖所示的輪子上的力偶M似乎與重物的力P相平衡呢？
力偶理論說一力不能與力偶平衡，其適用前提是剛體只受一個集中力和一個力偶，不能再有別的第三者插足，但是上圖O鉸處有約束反力，它就是小三。正是這個小三與P構成力偶，該力偶與M平衡。
在計算上，可以計算P對O點的力矩，該力矩在數值上與M大小相等，轉向相反，相當于平衡了。但力矩計算顯然沒有O處約束力的信息（如果你說，考慮O處約束力了，只是它的矩是0呀；這樣說就是兩個力的矩了，而不是一個集中力的矩了）。
展開 對于集中力和均布荷載大家都很容易理解，而很多人對集中力偶卻不理解，如何產生集中力偶，它是如何作用到結構上的，不甚清楚。下面將對集中力偶作一個詳細的描述。
(2)施加載荷：分別施加集中力、集中力偶和均布載荷的方法如下。
①施加集中力：MainMenu >Solution >Define Loads >Apply >Structural >Force/Moment >OnKeypoints → 拾取關鍵點2→ OK → Lab：FY，VALUE：100 →OK。注意單位是N
②施加集中力偶：MainMenu >Solution >Define Loads >Apply >Structural >Force/Moment >OnKeypoints → 拾取關鍵點2→ OK → Lab：MZ，VALUE：20e3 →OK。注意單位是N.mm
③施加均布載荷：MainMenu
>Solution >Define Loads >Apply >Structural >Pressure
>On Beams →Pick All→ LKEY：2，VALI：500e-3，VALJ：500e-3→OK。注意單位是N/mm
施加均布載荷的說明：根據實例中的坐標，均布載荷應在-Y方向施加。
A.打開梁單元的單元坐標系：UtilityMenu >PlotCtrls >Symbols → ESYS：On→OK
B.檢查梁單元的單元坐標系，看不清請把單元形狀關掉，檢查后再把單元形狀打開。單元坐標系的X、Y和Z坐標與整體坐標系相同。經查，該實例的單元坐標系與整體坐標系一致。
C.查看在單元坐標系下施加均布載荷的編號：打開ANSYS幫助→索引中選擇Beam188→回車 →在Beam188單元說明查看“BEAM188Geometry”說明。可見梁單元坐標系的-Y方向施加的均布載荷的編號為②，數值應是加正值。
展開 答：該結構是個靜力學平衡結構，若在D點施加固定約束，D點的支座反力矩與力偶M4相等，相當于在D點施加了力偶。
Step4：求解。
Step5：繪制扭矩圖。
由于我們需要繪制扭矩圖，所以需要建立一個
Path，將結果映射到Path上。右鍵Model(B4)→insert→construction geometry→path，然后在Details of path中將path type切換為edge，依次選擇建立的3根線體，點擊apply確定選擇。
點擊Solution（B6），并選擇Beam Results中的Torsional Moment；在Details of Torsional Moment中，將Scoping Method改為Path，并在path中選擇上一步建立的“path”。最后右擊Solution（B6），選擇Eevaluate All Results，提取結果。計算結果如下圖所示。
在圖形區，我們可以看到計算的扭矩結果；
在Graph中，我們可以看到扭矩圖。與材料力學解法（存在數據四舍五入的誤差）得到的結果完全一致。
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展開 在B點受力偶距的作用，在C點受集中力的作用，F = 20N。利用ANSYS計算，練習梁與梁鉸接的處理方法，并畫剪力圖和彎矩圖，研究剪力圖和彎矩圖的正負規定。
圖1 梁與梁鉸接連接的力學分析
二、問題分析
鉸鏈傳力不傳力偶矩，與鉸相連的兩橫截面上，彎矩M = 0，剪力FS不一定為零。
用BEAM188梁單元建模。在A點約束UY、UZ、ROTX和ROTY，在D點全約束。
AC梁的A、B和C點的分別建立關鍵點1、2和3，1和2連線生成L1，2和3連線生成L2，L1和L2共用關鍵點2，幾何體是連續的，劃分網格后節點也是連續的；CD梁的C和D點的分別建立關鍵點分別4和5，4和5連續生成L3。由于L2和L3在C點不共用關鍵點，導致幾何體是不連續的，AC梁和CD梁劃分網格后，節點在C位置處會有2個節點，AC梁在C點的節點號為12，CD梁在C點的節點號為22。AC梁和CD梁在C點的節點分別是節點12和22，節點不共用，不能傳遞載荷。為了在C點能夠傳遞傳力而不傳遞力偶矩，可通過耦合這兩個節點的平動自由度實現。
鉸鏈連接兩根梁的GUI操作路徑：Main Menu>Preprocessor> Coupling / Ceqn> Couple DOFs。見圖2，拾取節點12，再拾取節點22 →OK → NSET中輸入1，Lab中選擇UX；重復操作，再拾取12和22節點，NSET中輸入2，Lab中選擇UY；再重復操作，再拾取12和22節點，NSET中輸入3，Lab中選擇UZ。完成分別耦合三個方向的平動自由度的操作。
圖2 梁與梁通過耦合自由度實現鉸接連接
三、剪力圖和彎矩圖正負的規定
從圖3可見，最大剪力30N，最大彎矩30N.m，與材料力學計算結果完全吻合。在C點是鉸接點，彎矩圖在此處彎矩為零，實現了梁與梁的鉸接連接。
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2.2 輪轂基本知識及設計標準
2.2.1 輪轂的基本結構
車輪的功能用途是車輛所執行的驅動力和制動力是通過輪轂與路面的附著力來實現的能支撐整個車輛的所有重量可以緩和來自不平整路面所產生的沖擊力在遇到障礙物時能保證車輛順利通過，汽車在彎道上行駛時,車輪有自動回轉力偶來側抗力相互作用。
將Mk在上支撐架四個著力點沿旋轉切線分解為2對力偶。</p><p>（7）優化與加固</p><p>根據計算結果對支撐系統桿件截面、埋件尺寸、錨筋長度等進行優化。</p><p>加固方式：結構內增加鋼筋、結構內增加型鋼結構、結構內增加內支撐鋼梁等。</p><h2>3.
白車身扭轉剛度分析是模擬某車型的白車身固定在臺架上，在前減震器座支點處施加一對力偶T 后，白車身上沿車身縱向各截面處的角變形和扭轉剛度值。彎曲剛度分析是模擬門檻與H 點所在的YOZ 平面相交處集中加載，計算沿車身縱向各截面處的垂直位移和彎曲剛度值。變形前后的車身模態及剛度分析結果如表3-1 所示：（由于涉及保密問題，表中模態剛度數據采用了歸一化處理，設計目標值定為1。）
在車輛過彎行駛過程中，通過電機驅動控制改變內外側驅動力，產生橫擺力偶矩，進一步提高汽車的操縱穩定性，這種在動態行駛中調節單個車輪力的控制功能通常稱為扭矩矢量（Torque Vectoring）控制，采用該技術在保證車輛高速轉彎行駛的安全性的同時，可以減少傳統通過制動力參與調節車輛穩定性而帶來的能量損失及制動系統的磨損。
去除左右兩端固定端，代之以鉸，暴露出支座未知力偶X1和X4；去除中間兩個鉸支座，暴露出支座未知集中反力X2和X3。
圖5 連續梁基本單元
將基本單元上的各個集中力、集中力偶與均布力以矩陣的形式輸入Maple中。以集中力矩陣JZL為例，該矩陣的每一列均代表著一個集中力，具體如圖6所示。
總剛度
自然頻率
注意：添加軸承時，系統總剛度會降低，軟軸承的第一固有頻率會降低
注意：軸承剛度與軸剛度比對模態形狀有很大影響?由于沒有施加旋轉，因此在這種情況下沒有陀螺運動
●陀螺力偶
靜平衡主要用于平衡盤形轉子的慣性力；剛性轉子的動平衡可以通過通用平衡機來平衡慣性力和慣性力偶，消除轉子在彈性支承上的振動；柔性轉子的動平衡比較復雜，從原理上區分，有振型平衡法和影響系數法兩類。
旋轉部件被廣泛地應用于燃氣輪機、航空發動機、壓縮機，以及各種電動機等機械裝置中。在電力、航空、機械、化工、紡織等國民經濟領域中，起著非常重要的作用。
扭轉：當作用在桿件上的力組成作用在垂直于桿軸平面內的力偶Me 時，桿件將產生扭轉變形，即桿件的橫截面繞其軸相互轉動。
4.1 氦氣輪機轉子剩余不平衡量的確定
平衡柔性轉子時，除了設法消除或減小轉子上的不平衡力和不平衡力偶外，還需消除或減小振動位移，對于柔性轉子不能用不平衡量的大小來評價其平衡性的好壞，而主要應該以轉子的振動大小（位移、速度、加速度）來衡量。
轉矩與扭矩的區別
使機器元件轉動（包括有轉動傾向）的力偶或力矩叫轉動力矩，簡稱轉矩。任何元件在轉矩的作用下，必定產生某種程度的扭轉變形（可能包括彈性變形和塑性變形）。因此，習慣上又常把轉動力矩叫扭轉力矩，簡稱扭矩。
