反力
關(guān)注創(chuàng)建者：H_H_4193 創(chuàng)建時(shí)間：2021-03-15
反力的視頻教程
HyperMesh+LS-DYNA_輸出支座反力_DATABASE_SPCFORC
本期內(nèi)容講解在HyperMesh中，LS-DYNA工作環(huán)境下，利用關(guān)鍵字*DATABASE_SPCFORC輸出支座反力的區(qū)別。
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abaqus動水附加質(zhì)量法的實(shí)現(xiàn)
在abaqus水利工程應(yīng)用以及abaqus經(jīng)典例題集中，都提到動水附加質(zhì)量法模擬水壓在地震中的分析，書中簡略介紹了附加質(zhì)量法的實(shí)現(xiàn)，本視頻詳細(xì)的介紹了該方法的具體實(shí)現(xiàn)，通過視頻的學(xué)習(xí)，可以掌握以下內(nèi)容： 1、附加質(zhì)量法的運(yùn)用范圍； 2、如何在abaqus通過計(jì)算支座反力，導(dǎo)出支座反力； 3、通過python語言對導(dǎo)出的支座反力進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得到附加質(zhì)量的關(guān)鍵字文件
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反力的實(shí)例教程
我們也常會關(guān)心結(jié)構(gòu)在固定端的反作用力。了解了固定端的反作用力，對于工程中的固定件的選擇起著非常重要的作用。結(jié)構(gòu)中常見的反作用類型有，反作用力，和反作用力矩。
今天我們就使用工程仿真軟件WELSIM來對裝配體進(jìn)行反作用力的分析。一個柱狀結(jié)構(gòu)兩端固定，中間部分兩個不同位置承受著集中力。問題描述如下圖：
為了更好的模擬工況并檢驗(yàn)數(shù)值的正確性，下面給出一個具體的結(jié)構(gòu)尺寸，受力大小，和材料屬性：
材料屬性
幾何屬性
受力情況
彈性模量E = 2e11
h = 10
F1 = 2000
密度 rho = 7850
a = 3
F2 = 1000
泊松比 v = 0.3
b = 3
下面打開仿真軟件WELSIM，設(shè)置材料參數(shù)，建立幾何模型。由于這個結(jié)構(gòu)是由3個子結(jié)構(gòu)裝配而成的，我們這里還要設(shè)置2個面接觸對，讓三個物體鏈接在一起。
建立的有3個圓柱體組成的裝配體
設(shè)置邊界條件，分別是兩個頂端和底部的全固定約束，中間兩個集中力。如圖：
設(shè)置完畢接觸對與邊界條件
調(diào)整網(wǎng)格劃分參數(shù)，為了得到較為精確的反作用力，這里網(wǎng)格密度劃分的比較高。劃分完畢的網(wǎng)格共有190,595個節(jié)點(diǎn)，128,189個四面體單元。
190,595個節(jié)點(diǎn)，128,189個四面體單元
點(diǎn)擊求解按鈕，很快就完成計(jì)算了。接下來分別加入變形，應(yīng)力，和反作用力，來查看結(jié)果。
底部Z方向反作用力為1202
頂端Z方向反作用力為1810
Z方向的變形，最大值為-9.5E-9，負(fù)號表示Z反方向
Von_Mise應(yīng)力值，最大值為1.164E3
接下來我們來對比反作用力結(jié)果，計(jì)算結(jié)果還是非常接近理論值的。
展開 image_process=/format,webp/quality,q_40" data-initial-src="https://img.jishulink.com/202408/attachment/8992416d28f4456f996fe246425317ae.png">
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</div><p><span style="color: rgb(25, 27, 31);">提取節(jié)點(diǎn)反力RF(Reaction force)到此全部完成，提取的數(shù)據(jù)將以CSV格式默認(rèn)保存在待處理的ODB文件放置目錄下。</span></p><h2>4.數(shù)據(jù)處理</h2><p class="ql-align-justify">驗(yàn)證提取的<span style="color: rgb(25, 27, 31);">反力RF(Reaction force)</span>如下圖所示，使用Hyperview后處理，可以看出提取節(jié)點(diǎn)的<span style="color: rgb(25, 27, 31);">反力RF(Reaction force)</span>與Python腳本后處理的節(jié)點(diǎn)的<span style="color: rgb(25, 27, 31);">反力RF(Reaction force)</span>。綜上所述可以看出該腳本可滿足需求。
展開 03 方法與 COMSOL 的對比分析
維度
COMSOL 案例方法
本教程 Ansys 方法
備注
核心邏輯
全局方程（未知力F作為自由度，強(qiáng)制位移=2cm）
位移約束（強(qiáng)制位移=2cm，反推出約束反力F）
兩者數(shù)學(xué)上等價(jià)
線性/非線性
直接法求解
直接法求解
均可處理幾何非線性
適用場景
復(fù)雜的多物理場耦合，需將力作為未知量
純結(jié)構(gòu)力學(xué)，快速獲取剛度，簡單直接
工程上反求力多用位移法
04 常見問題與解決思路
為什么不用 Force 直接加載？
因?yàn)槲粗?em>力的大小，我們正在求解的就是這個力。如果隨意輸入一個力，很難恰好得到2cm 的位移。
結(jié)果有差異怎么辦？
檢查網(wǎng)格密度：特別是螺旋路徑上的網(wǎng)格份數(shù)，建議至少3-4 層單元。
檢查大變形設(shè)置：如果位移較大（如 20mm），建議在 Analysis Settings 中打開 Large Deflection（大變形）
如何得到彈簧剛度？
直接將反力（471N）除以位移（20mm），得到剛度 K=23.55 N/mm。
展開 為了驗(yàn)證Simsolid計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，本文基于Simsolid對簡單超靜定桿進(jìn)行了模擬，并對支反力結(jié)果與理論結(jié)算及某A有限元計(jì)算軟件進(jìn)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(wǎng)格
因?yàn)榫W(wǎng)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(jì)算結(jié)果比較
如下表1可知，Simsolid的計(jì)算結(jié)果與理論解及某A軟件的計(jì)算結(jié)果誤差非常小，可知Simsolid計(jì)算結(jié)果是比較可靠的。
表1 計(jì)算結(jié)果對比
結(jié)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(diào)用，僅需運(yùn)行宏就可輕松獲得支反力，省去長串a(chǎn)dd和prod命令（當(dāng)然直接在后處理用循環(huán)語句也可完成，這里只是給出另一辦法）
調(diào)用命令如下圖，先選所需節(jié)點(diǎn)，再運(yùn)行宏，就可在時(shí)間后處理查看了
選擇所需節(jié)點(diǎn)，這里是多個節(jié)點(diǎn)，故arg2填寫0
時(shí)間后處理查看，RY為例子所需支反力
因?yàn)槟Ｐ褪菍ΨQ的，故做了處理
曲線如圖，與上一篇帖子曲線一致
反力的相關(guān)專題、標(biāo)簽、搜索
反力的最新內(nèi)容
因此，當(dāng) 1 牛頓的力作用在小圓柱體上時(shí)，大圓柱體應(yīng)產(chǎn)生 402.6 牛頓的反作用力。
（圖1：液壓千斤頂?shù)膸缀文Ｐ停?3. 定義接觸并對部件進(jìn)行網(wǎng)格劃分。使用固定關(guān)節(jié)將剛性框架固定在地面上，并使用平移關(guān)節(jié)僅允許圓柱體垂直運(yùn)動（圖2）。對于小圓柱體，定義網(wǎng)格尺寸為 0.25 毫米。
結(jié)果解讀：下方表格中出現(xiàn)的 Z 方向反作用力，就是彈簧產(chǎn)生 20mm 壓縮所需的力。
反力-時(shí)間曲線（圖 5）顯示了峰值力的大小，該峰值對應(yīng)于屈曲載荷。
圖 4. 圓柱柱體的屈曲形狀
圖 5. 反力-時(shí)間曲線
總結(jié)
本模擬通過圓柱柱體局部屈曲分析，說明了如何向初始幾何引入缺陷。這種缺陷量對于使模型在數(shù)值上發(fā)生屈曲是必要的。使用非線性穩(wěn)定化是為了在屈曲點(diǎn)處實(shí)現(xiàn)收斂。
應(yīng)力應(yīng)變曲線計(jì)算：通過反力計(jì)算試樣的應(yīng)力應(yīng)變曲線。
MATLAB/Fortran 編寫：代碼結(jié)構(gòu)清晰，算法邏輯直觀，無須配置復(fù)雜的第三方環(huán)境，適合學(xué)習(xí)與二次開發(fā)。
損傷演化可視化：程序包含后處理模塊，可生成裂紋擴(kuò)展路徑、損傷場分布圖。
參數(shù)可調(diào)：材料參數(shù)、幾何尺寸、離散間距及迭代終止條件均可靈活修改。
- 載荷：氣缸內(nèi)壓、往復(fù)慣性力、支座反力。
#### 2. 常規(guī)性能分析
**(1) 靜態(tài)強(qiáng)度/剛度分析**
- 求解：應(yīng)力（Von Mises）、應(yīng)變、位移。
- 目標(biāo)：最大應(yīng)力 < 材料許用應(yīng)力（鑄鐵~80–120MPa，鑄鋁~150–200MPa）。
- 識別高應(yīng)力區(qū)（缸孔周邊、法蘭、軸承座）。
操作步驟：
在后處理工具欄中，點(diǎn)擊“曲線圖”
選擇“歷史輸出” → “反力” → 選擇剛性壓頭參考點(diǎn)
橫坐標(biāo)選擇“位移”，縱坐標(biāo)選擇“反力幅值”
點(diǎn)擊“創(chuàng)建”，生成曲線圖
右鍵曲線圖，選擇“導(dǎo)出數(shù)據(jù)”，保存為.csv格式
功能點(diǎn)：PreSys 2026R1曲線圖功能增強(qiáng)，支持復(fù)制/剪切/粘貼/移動曲線，支持曲線隱藏時(shí)注釋同步隱藏
主要特點(diǎn)：專注于推力、齒槽力、反電勢常數(shù)等直線電機(jī)和關(guān)鍵參數(shù)測試 。
行業(yè)應(yīng)用實(shí)例：
科研機(jī)構(gòu)：中國科學(xué)院寧波材料所提供直線電機(jī)測試服務(wù)，可測比較大連續(xù)推力達(dá)14700N，推力測試精度1% 。
仿真與HIL試驗(yàn)平臺
測試對象：電機(jī)控制器、復(fù)雜電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng) 。
主要特點(diǎn)：采用功率硬件在環(huán)（PHIL）技術(shù)，可模擬不同電機(jī)類型，實(shí)現(xiàn)快速控制原型和系統(tǒng)級測試 。
可以看到，通過控制器計(jì)算的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩包含了柔性體變形引起的振動，也可以看出控制的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩與反反作用力轉(zhuǎn)矩完全匹配。
采用有限元的非線性屈曲分析就是要尋找上述過程中的A點(diǎn)時(shí)的壓力，有兩種方式：
（1） 加強(qiáng)制位移約束，然后輸出反力，做出反力和位移的曲線圖，直接在圖上查看馬鞍點(diǎn)位置對應(yīng)的反力大小。
為此，選擇兩塊板材并設(shè)置方向（Orientation）=Y 軸；
d.另外，插入“力反作用力（Force Reaction）”用于螺栓和螺母實(shí)體之間的綁定接觸，以檢查由于螺栓預(yù)緊力引起的反作用力；
e.同時(shí)，插入“接觸工具（Contact Tool）”以檢查兩塊板材之間摩擦接觸的摩擦應(yīng)力 （Frictional Stress
