遠(yuǎn)端力的案例
一文讀懂怎么使用ANSYS中的遠(yuǎn)端力
至此，我們大概明白ANSYS是怎么實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端力的施加了：首先在遠(yuǎn)端力的施加位置建立一個(gè)點(diǎn)目標(biāo)單元（170單元）；然后使用一個(gè)線目標(biāo)單元（170單元）將點(diǎn)目標(biāo)單元和beam單元連接起來(lái)。在施加載荷時(shí)，將載荷施加在點(diǎn)目標(biāo)單元上，便完成遠(yuǎn)端力的施加。
當(dāng)然，我們也可以不用遠(yuǎn)端力
Remote Force來(lái)計(jì)算該題。根據(jù)理論力學(xué)知識(shí)，我們可以使用力的平移定理，將力平移到軸上，使用一個(gè)力和一個(gè)力矩來(lái)等效這個(gè)偏移軸線的力，計(jì)算出的結(jié)果和使用
Remote Force完全一致，讀者可自行嘗試。
Workbench自問(wèn)世以來(lái)，就以操作方便、易上手等優(yōu)點(diǎn)，博取了大多數(shù)CAE工程師的青睞，無(wú)奈金無(wú)足赤，Workbench雖然優(yōu)點(diǎn)眾多，也有很多缺點(diǎn)：Workbench就像一個(gè)黑匣子，我們輸入?yún)?shù)以后，雖然很容易就得到結(jié)果，但ANSYS是怎么處理、怎么計(jì)算的，我們很難知道，所以，還是要接受ANSYS經(jīng)典版本（APDL）的洗禮。正如這個(gè)例子，通過(guò)Workbench雖然很容易就施加了遠(yuǎn)端力，而且繪制了彎矩扭矩圖，但遠(yuǎn)端力的作用原理，我們還需要ANSYS經(jīng)典來(lái)進(jìn)行理解。
為什么叫它“ANSYS經(jīng)典”，因?yàn)榻?jīng)典終究是經(jīng)典，無(wú)法被取代的，才是經(jīng)典。
展開 ANSYS實(shí)用功能解析系列教程(三)—Remote Force(遠(yuǎn)端力)
至此，我們大概明白ANSYS是怎么實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端力的施加了：首先在遠(yuǎn)端力的施加位置建立一個(gè)點(diǎn)目標(biāo)單元（170單元）；然后使用一個(gè)線目標(biāo)單元（170單元）將點(diǎn)目標(biāo)單元和beam單元連接起來(lái)。在施加載荷時(shí)，將載荷施加在點(diǎn)目標(biāo)單元上，便完成遠(yuǎn)端力的施加。
當(dāng)然，我們也可以不用遠(yuǎn)端力
Remote Force來(lái)計(jì)算該題。根據(jù)理論力學(xué)知識(shí)，我們可以使用力的平移定理，將力平移到軸上，使用一個(gè)力和一個(gè)力矩來(lái)等效這個(gè)偏移軸線的力，計(jì)算出的結(jié)果和使用
Remote Force完全一致，讀者可自行嘗試。
Workbench自問(wèn)世以來(lái)，就以操作方便、易上手等優(yōu)點(diǎn)，博取了大多數(shù)CAE工程師的青睞，無(wú)奈金無(wú)足赤，Workbench雖然優(yōu)點(diǎn)眾多，也有很多缺點(diǎn)：Workbench就像一個(gè)黑匣子，我們輸入?yún)?shù)以后，雖然很容易就得到結(jié)果，但ANSYS是怎么處理、怎么計(jì)算的，我們很難知道，所以，還是要接受ANSYS經(jīng)典版本（APDL）的洗禮。正如這個(gè)例子，通過(guò)Workbench雖然很容易就施加了遠(yuǎn)端力，而且繪制了彎矩扭矩圖，但遠(yuǎn)端力的作用原理，我們還需要ANSYS經(jīng)典來(lái)進(jìn)行理解。
為什么叫它“ANSYS經(jīng)典”，因?yàn)榻?jīng)典終究是經(jīng)典，無(wú)法被取代的，才是經(jīng)典。
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展開 關(guān)于結(jié)構(gòu)計(jì)算的邊界條件清單
2.3 集中力
力可以施加在結(jié)構(gòu)的最外面，邊緣或者表面如圖所示。力將分布到整個(gè)結(jié)構(gòu)當(dāng)中去。這就意味著假如一個(gè)力施加到兩個(gè)同樣的表面上，每個(gè)表面將承受這個(gè)力的一半。力單位為質(zhì)量*長(zhǎng)度/時(shí)間2。力可以通過(guò)定義矢量，大小以及分量來(lái)施加。
在支持的求解環(huán)境中，右擊求解類型，選擇Insert>Force，則在細(xì)節(jié)窗口出現(xiàn)如圖所示的定義集中力的設(shè)置面板，該面板包括兩個(gè)選項(xiàng)：模型范圍選擇（Scope），定義方法（Definition）。
2.4 遠(yuǎn)端力
允許在面或者邊上施加偏置的力，設(shè)定力的初始位置（利用頂點(diǎn)，圓或者x,y,z的坐標(biāo)），力可以通過(guò)矢量和大小或者分量來(lái)定義，這個(gè)在面上將得到一個(gè)等效的力加上由于偏置的力所引起的力矩，這個(gè)力分布在表面上，但是包括了由于偏置力而引起的力矩。遠(yuǎn)端力可以施加在空間的任意位置，它的理論根據(jù)為工程力學(xué)中的力的平移定理。該定理敘述如下：
在支持的求解環(huán)境中，右擊求解類型，選擇Insert>Remote Force，則在細(xì)節(jié)窗口出現(xiàn)如圖所示的定義集中力的設(shè)置面板，該面板包括三個(gè)選項(xiàng)：載荷作用范圍（Scope），定義方法（Definition）和高級(jí)選項(xiàng)（Advanced）。
圖5-13和圖5-14分別給出了耦合作用面和柔性變形作用面對(duì)應(yīng)的總體變形云圖，由圖可知，將遠(yuǎn)端力作用面設(shè)置為耦合，則該作用面的法向保持不變，而將遠(yuǎn)端力作用面的設(shè)置為柔性或剛體，則該作用面會(huì)隨著載荷變形而移動(dòng)。
2.5 軸承載荷
軸承載荷僅適用于圓柱形表面。其徑向分量將根據(jù)投影面積來(lái)分布?jí)毫d荷。軸向載荷分量沿著圓周均勻分布。一個(gè)圓柱表面只能施加一個(gè)軸承載荷。假如一個(gè)圓柱表面切分為兩個(gè)部分，那么在施加軸承載荷的時(shí)候一定要保證這兩個(gè)柱面都要選中。載荷的單位同力的單位。
展開 用SimSolid 5分鐘完成裝載機(jī)工作裝置地面轉(zhuǎn)斗工況分析
整個(gè)工況使用了多種不同約束類型，鉸接，重力，遠(yuǎn)端力等。
視頻是操作過(guò)程
結(jié)果與OptiStruct對(duì)比(OptiStruct中使用的單位為m、Pa):
SimSolid計(jì)算的最大應(yīng)力為429MPa，OptiStruct計(jì)算的最大應(yīng)力為434MPa，相差1.2%。
SimSolid計(jì)算的最大位移為11.94mm，OptiStruct計(jì)算的最大位移為12.61mm，相差5.3%。
總體來(lái)說(shuō)兩個(gè)軟件的計(jì)算結(jié)果差別不大，但用OptiStruct計(jì)算前處理就得花好幾個(gè)小時(shí)，而SimSolid只需幾分鐘，而且SimSolid學(xué)習(xí)簡(jiǎn)單，我只學(xué)習(xí)了幾個(gè)小時(shí)就開始做這個(gè)案例了。
SimSolid模型鋼筋混凝土承臺(tái)計(jì)算
示意如下圖：
圖1.1 橋型布置示意圖
圖1.2 橋梁橫斷面
圖1.3 橋墩承臺(tái)示意圖
承臺(tái)受力較大且為短、深梁，現(xiàn)行規(guī)范的公式具有較大的筋近似性，因此有必要用實(shí)體單元進(jìn)行校正。本計(jì)算主要是計(jì)算橋墩的承臺(tái)的應(yīng)力分布情況、以間接判斷混凝土承臺(tái)開裂情況。
承臺(tái)寬13.6m，長(zhǎng)15.6m，厚4m，其下設(shè)置6根直徑D=2.2m嵌巖樁。承臺(tái)底面主筋縱橫向均為HRB400級(jí)d=32mm鋼筋，間距均為15cm。先在CAD總建立承臺(tái)三維立體模型，輸出為sat導(dǎo)入SimSolid下圖：
圖1.4 SimSolid 模型
材料：樁基采用C30混凝土；承臺(tái)采用C40混凝土；橋墩采用C50混凝土。鋼筋為HRB400級(jí)鋼筋。
經(jīng)計(jì)算加載在承臺(tái)頂面橋墩上的內(nèi)力為：軸力N=- 1.12004E+08N；彎矩My=2.52496E+07N·m；彎矩Mz=1.47472E+07N·m。作為遠(yuǎn)端力加載在橋墩上。并計(jì)入重力。
約束情況：承臺(tái)與橋墩、樁基程序自動(dòng)連接。樁底固結(jié)。
計(jì)算結(jié)果
得到計(jì)算結(jié)果后先看看樁底反力：
圖1.5 樁底反力（單位：N）
樁底最大反力為3.9629e7N=39629kN=3963t，與其他程序計(jì)算的樁底反力基本接近。
展開 壓緊組成裝配體分析
1.原始模型如下左圖所示，本文主要分析立柱受力情況，底端固定于地面，最遠(yuǎn)端壓頭受力，因此，將模型簡(jiǎn)化為右圖所示，并導(dǎo)入workbench；
2.添加運(yùn)動(dòng)副
a.固定：立柱底板固定于地面
b.旋轉(zhuǎn)副
最終添加的運(yùn)動(dòng)副如下
3.網(wǎng)格劃分，采用自動(dòng)化分
4.添加載荷：最遠(yuǎn)端壓頭受力500kg，油缸輸出扭矩4700N.m
5.計(jì)算結(jié)果---等效應(yīng)力如圖
立柱的應(yīng)力狀態(tài)清晰可見
技巧-如何在Ansys Mechanical中用好遠(yuǎn)程點(diǎn)（Remote Points）？
遠(yuǎn)程邊界條件包括：
結(jié)構(gòu)分析和溫度分析的質(zhì)量點(diǎn)
運(yùn)動(dòng)副，彈簧和軸承
梁連接
遠(yuǎn)端位移和遠(yuǎn)端力
力矩
遠(yuǎn)程點(diǎn)通過(guò)一個(gè)接觸將幾何模型(網(wǎng)格模型)抽象化，且這種接觸方式與直接采用幾何模型的接觸方式等效。
二．遠(yuǎn)程點(diǎn)的常見應(yīng)用
以下幾種情況適用于采用遠(yuǎn)程點(diǎn)。每個(gè)具體應(yīng)用詳見視頻。
將部分幾何模型抽象化來(lái)減少模型尺寸并提高計(jì)算效率。
當(dāng)多個(gè)邊界條件作用在同一個(gè)幾何模型時(shí)，避免出現(xiàn)過(guò)約束情況。
允許更好地控制一個(gè)模型中自由度。
1. 在僅包括位移自由度的二維或三維實(shí)體中顯示旋轉(zhuǎn)自由度。
2. 允許節(jié)點(diǎn)的自由度耦合。
三．遠(yuǎn)程點(diǎn)應(yīng)用
應(yīng)用1：將一個(gè)模型的區(qū)域抽象化
遠(yuǎn)程點(diǎn)用來(lái)將模型的區(qū)域抽象來(lái)節(jié)省計(jì)算資源，同時(shí)保持結(jié)果的完整性。
(案例模型中的分析系統(tǒng)B對(duì)應(yīng)應(yīng)用1)
兩種模型結(jié)果對(duì)比：
應(yīng)用2：多個(gè)邊界條件加到同一個(gè)物體上
你曾經(jīng)碰到過(guò)下圖中的警告信息嗎，想知道他們意味著什么，并且如何去解決他們嗎？(案例模型中的分
析系統(tǒng)E對(duì)應(yīng)應(yīng)用2)
應(yīng)用3：控制自由度
在畫網(wǎng)格過(guò)程中，Ansys通過(guò)單元類型來(lái)定義模型自由度(DOF)。
二維面幾何(位于X-Y平面): X和Y方向平動(dòng)位移。
三維立體幾何：X,Y和Z方向平動(dòng)位移。
三維曲面和線幾何：X,Y和Z平面的平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)位移。
但是你如何對(duì)沒有旋轉(zhuǎn)自由度的模型定義旋轉(zhuǎn)邊界條件呢？找到并打開案例模型中二維齒輪分析系統(tǒng)G。
四. 遠(yuǎn)程點(diǎn)的行為選項(xiàng)（behavior）
遠(yuǎn)程點(diǎn)的行為選項(xiàng)可以有：剛性、變形（默認(rèn)選項(xiàng)）、耦合、梁連接。
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3
左中括號(hào)
ANSYS分析實(shí)例系列課程
左中括號(hào)
01 齒輪動(dòng)態(tài)接觸分析
02 沖壓成型仿真
03 牛頓擺多體動(dòng)力學(xué)仿真
04 平行圓柱體的赫茲接觸計(jì)算與ANSYS實(shí)現(xiàn)
05 球體的赫茲接觸計(jì)算與ANSYS實(shí)現(xiàn)
04
左中括號(hào)
HM與ANSYS聯(lián)合仿真系列課程
左中括號(hào)
01 HyperMesh與ANSYS聯(lián)合仿真（一）
02 如何在HyperMesh中使用ANSYS命令
05
左中括號(hào)
ANSYS實(shí)用功能詳解系列課程
左中括號(hào)
01 Weak Spring-弱彈簧
02 End Releases-端部釋放
03 Remote Force-遠(yuǎn)端力
06
左中括號(hào)
展開 ANSYS與材料力學(xué)之扭轉(zhuǎn)（二）
往期精彩內(nèi)容
ANSYS與材料力學(xué)系列課程
01 繪制軸力和軸力圖
02 平面應(yīng)力和平面應(yīng)變
03 提取任一截面上的應(yīng)力
04 胡克定律
05 拉（壓）桿的應(yīng)變能
06 應(yīng)力集中
07 材料力學(xué)知識(shí)回顧與WB中剛性梁的探討
08 繪制扭矩和扭矩圖
ANSYS實(shí)用功能詳解系列
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球體的赫茲接觸計(jì)算與ANSYS實(shí)現(xiàn)
07 材料力學(xué)知識(shí)回顧與WB中剛性梁的探討
08 繪制扭矩和扭矩圖
09 扭轉(zhuǎn)桿的應(yīng)變能
10 繪制梁的剪力圖和彎矩圖
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03 Remote Force-遠(yuǎn)端力
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01 ANSYS 2020 R2 安裝教程及安裝包分享
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ANSYS Workbench分析實(shí)例之橡膠件擴(kuò)張過(guò)程仿真
04 胡克定律
05 拉（壓）桿的應(yīng)變能
06 應(yīng)力集中
07 材料力學(xué)知識(shí)回顧與WB中剛性梁的探討
08 繪制扭矩和扭矩圖
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10 繪制梁的剪力圖和彎矩圖
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非對(duì)稱彎曲梁的正應(yīng)力分析（二）
04 胡克定律
05 拉（壓）桿的應(yīng)變能
06 應(yīng)力集中
07 材料力學(xué)知識(shí)回顧與WB中剛性梁的探討
08 繪制扭矩和扭矩圖
09 扭轉(zhuǎn)桿的應(yīng)變能
10 繪制梁的剪力圖和彎矩圖
11 非對(duì)稱彎曲梁的正應(yīng)力分析（一）
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展開 ANSYS Workbench分析實(shí)例之牛頓擺
扭轉(zhuǎn)桿的應(yīng)變能
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3月26-28日 線上+西安 | Workbench結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度計(jì)算、穩(wěn)定性分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)
7、遠(yuǎn)端力
8、軸承載荷
9、螺栓預(yù)緊載荷
10、力矩
11、線性壓力
12、熱條件載荷
13、運(yùn)動(dòng)副載荷
14、固定約束條件
15、普通位移約束
16、遠(yuǎn)端位移約束
17、圓柱支撐條件
18、彈性支撐條件
實(shí)例分析-1：支架強(qiáng)度與剛度計(jì)算
后處理技術(shù)與
強(qiáng)度、剛度評(píng)價(jià)理論
1、變形與剛度
2、應(yīng)變?cè)u(píng)價(jià)方法
3、應(yīng)力評(píng)價(jià)方法
4、應(yīng)力工具與強(qiáng)度評(píng)估理論
5、計(jì)算結(jié)果誤差估計(jì)
6、自適應(yīng)求解
7、探測(cè)器后處理技術(shù)
8、計(jì)算精度的判定
工程實(shí)例-1：制動(dòng)輪強(qiáng)度、剛度計(jì)算與對(duì)稱結(jié)構(gòu)計(jì)算技巧
ANSYS Workbench與APDL命令流聯(lián)合仿真計(jì)算技術(shù)
1、APDL簡(jiǎn)介
2、ANSYS Workbench中APDL命令流的格式
3、APDL在WB中的使用方法與技巧
4、ANSYS Workbench轉(zhuǎn)化為APDL命令流的方法
5、ANSYS Workbench與APDL聯(lián)合仿真的實(shí)現(xiàn)方法與設(shè)置技巧
工程實(shí)例-1：基于Workbench與APDL聯(lián)合仿真的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)受力與開裂分析
應(yīng)力集中與應(yīng)力奇異
1、應(yīng)力集中與應(yīng)力奇異的概念
2、應(yīng)力集中系數(shù)的定義
3、降低應(yīng)力集中的方法
4、應(yīng)力奇異產(chǎn)生的原因
5、應(yīng)力奇異的消除方法
實(shí)例分析-1：應(yīng)力集中分析實(shí)例—開孔方板受力分析
實(shí)例分析-2：應(yīng)力奇異分析實(shí)例—斗型零件受力分析
子模型技術(shù)與
網(wǎng)格無(wú)關(guān)性
1、 子模型技術(shù)簡(jiǎn)介
2、子模型技術(shù)的操作步驟
3、 邊界切分方法與操作技巧
4、 子模型技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方法與設(shè)置技巧
5、 工程實(shí)例-斗型零件的子模型計(jì)算方法
展開 如何在HyperMesh中使用ANSYS命令流
09 扭轉(zhuǎn)桿的應(yīng)變能
ANSYS實(shí)用功能詳解系列
01 Weak Spring-弱彈簧
02 End Releases-端部釋放
03 Remote Force-遠(yuǎn)端力
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02 HyperWorks 2020 安裝教程及安裝包分享
03 ANSYS 2020 R2 安裝教程及安裝包分享
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