支反力
關注創建者：小黑屋 創建時間：2020-08-11
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支反力的實例教程
為了驗證Simsolid計算結果的準確性，本文基于Simsolid對簡單超靜定桿進行了模擬，并對支反力結果與理論結算及某A有限元計算軟件進了了對比。
2. 有限元模型
如圖1所示，該模型由三根桿件組成，其中桿1長10 cm，桿2、3長7.5 cm，截面尺寸為2.5 x 2.5 cm2。材料彈性模量為2e11 Pa，泊松比為0.29，密度為7.82e3 kg/m3。
圖1 靜定桿超模型
3. 網格
因為網格是自動劃分的，所以可以省去這一步。
4. 連接及邊界條件
4.1 連接
桿1、2為”bonded”連接，桿2、3為“bonded”連接，如圖2所示，這些在Simsolid中可以自動識別。
圖2 桿件連接方式
4.2 邊界條件
桿件兩端固定，在桿1、2的接觸面上施加沿-Y軸方向500 N的力，在桿2、3的接觸面上施加沿-Y軸方向1000 N的力，如圖3所示。Simsolid好像顯示不了接觸面上的加載情況。
圖3 桿件邊界條件
5. 計算結果比較
如下表1可知，Simsolid的計算結果與理論解及某A軟件的計算結果誤差非常小，可知Simsolid計算結果是比較可靠的。
表1 計算結果對比
結果
理論解
某A軟件
Simsolid
底端沿Y方向支反力 (N)
600
598.86
598.96
頂端沿Y方向支反力 (N)
900
901.14
901.04
展開 宏截圖（部分命令）
僅需將宏文件存入ANSYS安裝目錄下的apdl文件下即可調用，僅需運行宏就可輕松獲得支反力，省去長串add和prod命令（當然直接在后處理用循環語句也可完成，這里只是給出另一辦法）
調用命令如下圖，先選所需節點，再運行宏，就可在時間后處理查看了
選擇所需節點，這里是多個節點，故arg2填寫0
時間后處理查看，RY為例子所需支反力
因為模型是對稱的，故做了處理
曲線如圖，與上一篇帖子曲線一致
這兩個輸出的是節點位移與支反力。
圖15
圖16
在位置
下拉框中選擇積分點，在新窗口選擇S下拉菜單中的S11。這輸出的是單元應力分量。
圖17
點擊窗口的設置按鈕，更改名稱為link.rpt。
圖18
在保存目錄中用記事本打開
link
.
rpt
，即可得到相應的結果。
圖19
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abaqus做的復合材料的螺栓連接結構，用結構網格力很平滑但是厚度方向多了一層，算的慢，用掃掠網格算的快，但是出來的力時震蕩上升的，不知道是為什么
圖4 位移模型
分別輸出1號螺栓位移加載點處的位移、載荷和支反力變化。
圖5 位移對比
注意到step 2中X向位移在mod設定時保持定值，而在new設定中則線性降低，但不是降至零，此時該點會在與支反力等效載荷作用下發生位移。
圖6 集中載荷對比
mod設定時，X向載荷始終為零；而在new設定中，在step 2開始時載荷即從零增至與step 1結束時該點支反力相同幅值，即代替支反力作用，此后在step 2中線性降至零。
圖7 支反力對比
mod設定時，X向支反力在step 2階段維持恒值；而在new設定中，在step 2開始時X向支反力即突變至零，且此后保持不變，可理解為邊界條件的移除是通過去除支反力及相應外載實現，在分析步完成時對應自由度的支反力和外載均為零。
圖8 支反力外載組合對比
組合支反力和載荷的對比可清晰顯示，new設定在step 2開始時，支反力和載荷幅值即刻互換，此后支反力維持零值，載荷則線性減少至零；mod設定中，支反力和載荷互不干涉，兩者在step 2中始終維持step 1結束時的幅值不變。
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在常規的結構仿真中，我們通常是“已知力，求變形”。但在實際工程中，往往遇到相反的情況：我們知道彈簧需要壓縮多少（比如 2cm），但想知道需要多大的力。
01 案例概述
物理場景：一個四圈半的鋼制彈簧，一端固定，另一端需要拉伸（或壓縮）2cm。
核心目標：求解彈簧達到該變形量時，端部需要施加的載荷大小。
02 軟件設置與詳細步驟
第一步：項目建立與幾何導入
打開
</p><p><br></p><p><br></p><p><strong>可靠性驗證</strong></p><p><br></p><p><br></p><p>在疲勞臺架試驗機上，固定車架中回位置，模擬各個工況下，吊起重物旋轉一圈為一個循環，在四個支腿處施加相應支反力，20000次內不出現開裂可判斷合格，具體加載工況如下表所示：</p><p><br></p><p><br></p><figure style
并且，應力分布更均衡，支反力嚴格等于目標值110N。
并且，除了圓柱坐標系可以定義圓球型加載方式外。
對于笛卡爾坐標系可以實現矩形區域的加載，以模擬矩形錘頭。
若X base 和Y base 不為零時，還可以定義中心區域均勻加載，dx/dy區域漸變加載。
可靠性驗證
在疲勞臺架試驗機上，固定車架中回位置，模擬各個工況下，吊起重物旋轉一圈為一個循環，在四個支腿處施加相應支反力，20000次內不出現開裂可判斷合格，具體加載工況如下表所示：
表7 耐久性試驗工況
圖12 可靠性試驗
如圖12所示為20000次可靠性試驗后分別追加
鈑金擺臂支反力的分析結果如表2所示，當變形在10mm以內，兩個軟件的結果相差約10%，當位移達到16mm時，結構發生屈曲變形，這時結構的極限載荷最大，SimSolid 和 Abaqus 都計算出這個關鍵的結構突變響應，這說明 SimSolid 同樣適用于材料非線性及幾何非線性分析，這一點在工程應用上很關鍵，可以在設計前期評估結構的極限承載能力。
鈑金擺臂支反力的分析結果如表2所示，當變形在10mm以內，兩個軟件的結果相差約10%，當位移達到16mm時，結構發生屈曲變形，這時結構的極限載荷最大，SimSolid 和 Abaqus 都計算出這個關鍵的結構突變響應，這說明 SimSolid 同樣適用于材料非線性及幾何非線性分析，這一點在工程應用上很關鍵，可以在設計前期評估結構的極限承載能力。
8) 靜力平衡：模型中僅依靠兩個外力不足以達到靜力平衡，必須借助邊界條件處的支反力來實現平衡，才能保證靜力平衡方程的位移解唯一，并使靜力分析收斂。
9) 位移優先于力載荷：如果可能，優先對模型指定位移而非施加力載荷，以降低收斂難度。
10) 邊界條件與自由度：所有不會發生位移的自由度都應在邊界條件中設為零。
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</div><p>加載向支反力云圖對比如下：</p><div contenteditable
（本貼中不加入自編程軟件模塊，因為有很多成熟的商業軟件都可以實現支反力的提取，如實在對作者軟件感興趣，可帖外咨詢）但，作者還是要介紹！！！
主要文件介紹：
VTC.exe文件就是封裝軟件本件。當然因為是作者自編，那么.m文件也就是對應的源代碼咯。
以徑向計算為例，圖4示出了橡膠最大主應力結果，圖5示出了橡膠最大主應變結果，圖6示出了位移與支反力曲線。
