反作用力的案例
使用WELSIM進行裝配體的反作用力分析
我們也常會關心結構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。結構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來對裝配體進行反作用力的分析。一個柱狀結構兩端固定，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數值的正確性，下面給出一個具體的結構尺寸，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，設置材料參數，建立幾何模型。由于這個結構是由3個子結構裝配而成的，我們這里還要設置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：
設置完畢接觸對與邊界條件
調整網格劃分參數，為了得到較為精確的反作用力，這里網格密度劃分的比較高。劃分完畢的網格共有190,595個節點，128,189個四面體單元。
190,595個節點，128,189個四面體單元
點擊求解按鈕，很快就完成計算了。接下來分別加入變形，應力，和反作用力，來查看結果。
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，負號表示Z反方向
Von_Mise應力值，最大值為1.164E3
接下來我們來對比反作用力結果，計算結果還是非常接近理論值的。
展開 在做一個多層柔性管道的受拉模擬，為什么結果顯示頂端作用拉力與低端反作用力數值不一樣？
頂端作用拉力峰值500kn，平滑加載0.08s，然后維持穩定幅值0.08是。從采集的數值上看低端參考點RP1的反作用力比頂端 參考點RP2的作用拉力幅值要小約63kn。模型用的是顯示動力分析，動內能之比值也小于5%，可看做是準靜態分析。請問大神們為什么會出現這樣的結果？原因是什么啊？
如何在 SOLIDWORKS Simulation 中查找反作用力
當力作用于物體時，物體會以自身相應的力作出反應。這種反應被稱為合力。
借助 SOLIDWORKS Simulation，我們可以快速輕松地計算合力。
為了幫助我們確定相鄰部件需要多堅固，我們可以找出在承受外部負載時, 保持部件靜止所需要的力。
值得注意的是，所有模擬研究（除了那些通過 Simulation Xpress 運行的研究）都讓我們能夠輕松地實現這一點。
網格化并運行模擬后，右鍵單擊結果文件夾并選擇“列出合力...”。選擇查看各種力：
反應
遠程加載接口
自由體
接觸/摩擦
連接器
在解釋結果時需要小心，一位客戶曾經指出，他們的反作用力總和與施加的力不匹配——如果結構處于靜態平衡，這是不可能的！
產生這種情況的原因是他選擇了兩個具有公共邊的相鄰面，這就意味著合力加倍，因為沿公共邊的節點力合并。
相反，從表中讀取或獨立選擇每一面分別給出正確的組合結果和單獨結果。
展開 通過流體分析驗證低摩擦力矩密封圈
圖8 槽數與摩擦力矩的關系
3.2.2 V形潤滑槽的寬度
通過對帶寬度為0.2~0.7 mm 的V形潤滑槽的密封圈進行流體分析，得到油膜反作用力。密封圈一側的槽數為24，除槽寬外，其他尺寸都相同。
槽寬與油膜反作用力的關系如圖9所示。驗證結果與估算結果一致，油膜反作用力隨著槽寬增加而增大，但過大的槽寬會導致漏油量增大。因此，必須針對每種情況確定槽寬，要考慮軸和殼體的尺寸、偏心率、密封圈和殼體的磨損量等。
圖9 槽寬與油膜反作用力的關系
3.2.3 V形潤滑槽的角度
基于4.2.1節中描述的一側有24個槽的密封圈，通過增大或減小V形潤滑槽的角度，采用流體分析得到油膜反作用力。槽間距、槽寬和槽長相同，只有槽角變化而導致的槽深不同。
槽角與油膜反作用力的關系如圖10所示。在試驗的角度范圍內，無論槽角如何，油膜反作用力幾乎相同。同樣地，槽深也沒有影響。這些結果表明在V形潤滑槽的設計中必須關注槽數，如果槽深和槽角在適當的范圍內，則不需要考慮。
圖10 槽角與油膜反作用力的關系
3.3 帶最優V形潤滑槽密封圈的摩擦力矩
測量結果
基于上面的流體分析優化了V形潤滑槽的數量和形狀。優化后的帶24個V形潤滑槽密封圈與3.2節中討論的帶12個V形潤滑槽密封圈的摩擦力矩對比結果如圖11所示。優化后的帶24個V形潤滑槽密封圈的摩擦力矩比帶12個槽的降低了10%~15%。
展開 
飛機的螺旋槳是怎樣產生拉力的呢？
可是，有人認為螺旋槳的拉力是由于螺旋槳旋轉時槳葉把前面的空氣吸入并向后排，用氣流的反作用力拉動飛機向前飛行的，這種認識是不對的。 那么，飛機的螺旋槳是怎樣產生拉力的呢？如果大家仔細觀察，會看到飛機的螺旋槳結構很特殊，如圖所示，單支槳葉為細長而又帶有扭角的翼形葉片，槳葉的扭角（槳葉角）相當于飛機機翼的迎角，但槳葉角為槳尖與旋轉平面呈平行逐步向槳根變化的扭角。
雙槳葉螺旋槳
槳葉的剖面形狀與機翼的剖面形狀很相似，前槳面相當于機翼的上翼面，曲率較大，后槳面則相當于下翼面，曲率近乎平直，每支槳葉的前緣與發動機輸出軸旋轉方向一致，所以，飛機螺旋槳相當于一對豎直安裝的機翼。
槳葉在高速旋轉時，同時產生兩個力，一個是牽拉槳葉向前的空氣動力，一個是由槳葉扭角向后推動空氣產生的反作用力。
由于前槳面與后槳面的曲率不一樣，在槳葉旋轉時，氣流對曲率大的前槳面壓力小，而對曲線近于平直的后槳面壓力大，因此形成了前后槳面的壓力差，從而產生一個向前拉槳葉的空氣動力，這個力就是牽拉飛機向前飛行的動力。 另一個牽拉飛機的力，是由槳葉扭角向后推空氣時產生的反作用力而得來的。槳葉與發動機軸呈直角安裝，并有扭角，在槳葉旋轉時靠槳葉扭角把前方的空氣吸入，并給吸入的空氣加一個向后推的力。與此同時，氣流也給槳葉一個反作用力，這個反作用力也是牽拉飛機向前飛行的動力。
由槳葉異型曲面產生的空氣動力與槳葉扭角向后推空氣產生的反作用力是同時發生的，這兩個力的合力就是牽拉飛機向前飛行的總空氣動力。 早期飛機大多使用槳葉角固定不變的螺旋槳，它的結構簡單，但不能適應飛行速度變化。
展開 茶葉揉捻機自動加壓裝置結構優化設計
1.2 茶葉揉捻工作過程中受力分析
茶葉在揉捻過程中，受到揉捻蓋、揉捻桶以及茶葉內部之間的相互作用力，在這些力的作用下，每一片茶葉的受力和運動情況都不同，且受力大小和方向隨時變化。對單片茶葉進行受力分析工作量太大，需簡化茶葉受力分析，將所有茶葉看成一個葉團，再進行受力分析。揉捻時，葉團隨著揉捻桶做平面圓周運動，該過程中受到多種力，這些力主要有：揉捻桶的反作用力F1、揉捻盤出茶口的反作用力F2、茶葉與揉捻盤間的摩擦力f、揉捻盤表面的反作用力F3、棱骨的揉搓力F4、揉捻蓋對茶葉的壓力N、茶葉做平面圓周運動的離心力F5、自身重力G。受力分析如圖2所示，作用在茶葉上的合力為Q，其大小為[7]:
茶葉在這些力的作用下做回轉運動，根據茶葉在桶內的運動情況，將揉捻桶分成4個作用區，如圖3所示。揉捻運動的作用區是茶葉揉捻成條的主要區域，在該區域內，茶葉受到揉捻桶的反作用力F1，向前順著棱骨卷曲成條；強壓區是茶葉成團的主要區域，茶葉在這個區域受到揉捻盤表面的反作用力F3、棱骨的揉搓力F4、揉捻蓋對茶葉的壓力N，且此時力的強度最大，在這3個力的作用下，茶葉向揉桶中心相互擠壓，擠壓程度最大；下翻區中，茶葉受到的揉捻桶的反作用力F1、揉捻盤表面的反作用力F3、棱骨的揉搓力F4幾乎可以忽略，在該區域，茶葉已經運動到了揉桶的頂部，在慣性力和重力的作用下向下翻滾；陷空區里沒有茶葉，因為揉桶一直在做回轉運動，下翻區落下來的茶葉瞬時間沒有到達，出現空缺[7]。
圖2 茶葉揉捻時的受力分析
圖3 茶葉揉捻時的作用區
Ⅰ.揉捻運動作用區；Ⅱ.強壓區；Ⅲ.下翻區；Ⅳ.陷空區。
展開 RecurDyn 應用：基于多體動力學的齒輪傳動系統動力學仿真
上圖所示的動畫和圖形仿真結果是齒輪接觸力、軸承反應力和在外殼固定點測量的反作用力的時域結果，X 軸為Time（時間） Y軸為Force（力）。藍色曲線顯示的是齒輪接觸力的計算結果，綠色曲線是軸承反作用力的結果，紅色曲線是在外殼固定點測量的反作用力的結果。
在此仿真模型中，嚙合頻率為 567.6 [Hz]，上圖顯示的是齒輪接觸力、軸承反作用力、在外殼固定點測量的反作用力。在此齒輪接觸力圖中，可以觀察到 5 個峰值為1到5階的諧波。此外，這些諧波頻率的五個峰值也可用于觀察軸承反作用力。此外，即使1階諧波峰值較小，通過外殼固定點處的反作用力，可以觀察到這5個諧波峰值。從這些結果可以看出，齒輪接觸所激發的振動是通過軸和軸承傳遞到殼體的。
下一部分將展示一個仿真模型。這個模型考慮了轉速差異，此仿真模型與之前的恒定速度模型幾乎相同，唯一的區別是驅動輸入，此模型中的輸入為定義在活塞上的燃燒載荷，并以此為驅動曲軸，由于這種建模的曲軸旋轉速度不是恒定的，而是波動的，正如上圖綠色曲線所示。
上圖為2個具有不同條件的結果的比較圖，曲軸的轉速在一個條件下是恒定的，在另一個條件下，考慮在活塞上定義的燃燒載荷引起的轉速差異。X 軸為反軸的Rotational angle（旋轉角度），Y 軸為Force（力）。藍色曲線是恒定速度案例的結果，橙色曲線是變速案例的結果，比較這些結果，變速案例的力振幅大于常速的案例，并隨機變化。
上圖為這2個 FFT 結果的比較，FFT結果表明，在速度變化的情況下，嚙合頻率不同且邊帶存在。在真實的機械系統中，轉速作為驅動條件通常不是恒定的。采用多體動力學的動態分析方法可以對具有這種復雜條件的齒輪傳動系統進行仿真，而靜態分析不能考慮這些現實條件。
展開 基于SOLIDWORKS Simulation的O型橡膠密封圈有限元模擬
圖10
圖11
圖12
圖13
圖14
8.提取反作用力、接觸應力
提取反作用力和接觸應力，如圖15、16所示。
圖15
圖16
9.線性靜態分析
將提取反作用力、接觸應力得到的反作用力作為已知載荷輸入到線性靜態分析算例，作為載荷邊界條件，同時不關注樹脂零件的形變可以定義3個樹脂件為剛性，如圖17～19所示。
圖17
圖18
圖19
四、結語
（1）模型的簡化要準確表達所關注問題，不要想著一個分析算例解決所有關注的問題，根據關注問題可以分步計算模擬，當有限元計算的結果不能直接用來判斷所關注問題，是否可以找到分析得到的參數間接判斷問題；（2）材料模型的選擇要符合實際工況下材料的響應變化；（3）針對O型橡膠密封圈的密封性能判斷可以根據密封圈壓縮狀態的接觸壓力值做判斷，接觸壓力大于密封區的壓力時可以起到密封要求。（4）提取非線性分析算例中的反作用力可以得到完全壓縮密封圈所需要的外力值。
轉自網絡
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第三定律
SIMPLE HEADLINE
兩個物體之間的作用力和反作用力，在同一直線上，大小相等，方向相反。（詳見牛頓第三運動定律）
表達式：F=-F'（F表示作用力，F'表示反作用力，負號表示反作用力F'與作用力F的方向相反）
要改變一個物體的運動狀態，必須有其它物體和它相互作用。物體之間的相互作用是通過力體現的。并且指出力的作用是相互的，有作用力必有反作用力。它們是作用在同一條直線上，大小相等，方向相反。
注意
① 力的作用是相互的。同時出現，同時消失。
② 相互作用力一定是相同性質的力
③ 作用力和反作用力作用在兩個物體上，產生的作用不能相互抵消。
④ 作用力也可以叫做反作用力，只是選擇的參照物不同
⑤ 作用力和反作用力因為作用點不在同一個物體上，所以不能求合力
1. 相互作用力和平衡力的區別
① 相互作用力是大小相等、方向相反、作用在兩個物體上、且在同一直線上的力；兩個力的性質是相同的。
② 平衡力是作用在同一個物體上的兩個力，大小相同、方向相反，并且作用在同一直線上。兩個力的性質可以是不同的。
③ 相互平衡的兩個力可以單獨存在，但相互作用力同時存在，同時消失
例如：物體放在桌子上，對于物體所受重力與支持力，二者屬于平衡力，將物體拿走后支持力消失，而重力依然存在．
而物體在桌子上，物體所受的支持力與桌面所受的壓力，二者為一對作用力與反作用力．物體拿走后，二者都消失，即當粒子間的靜力平衡被破壞時，粒子產生運動。粒子間的接觸方式和接觸強度是最關鍵的一個環節，決定了粒子集合體即介質的基本力學特性以及具體的承受張剪壓力和保持靜力平衡的基本能力。
展開 Abaqus 中連接單元的使用技巧
它用來表示連接單元的彈性力F及彈性力矩M。它不同于連接單元的反作用力和反作用力矩。分析結果：
通過計算，平衡時參考點坐標的Y方向的值為6.53mm。故此時的力矩為Mload=10N*6.53mm=65.3N.mm，CEM1=D44*CUR1=50*1.3=65.322 N.mm，外載荷所產生的力矩Mload與連接單元的彈性力矩CEM1是相等的。連接單元的反作用力與外載荷也達到了平衡，即系統的力也達到了平衡。
abaqus中連接單元的使用.pdf
ABAQUS-橡膠材料建模
與傳統的內部壓力相比，壓力滲透的優點是，你只能預先指定壓力作用的位置，如果足夠打開第一個密封，但它還是只會停在那里，它不會滲透到第二個密室。另一方面，壓力滲透模擬一旦第一個密封唇失敗，流體可以進一步滲透。因此，通過使用壓力滲透，您可以監測壓力是否仍足以打開第二唇，使密封流體泄漏。最后，我想強調考慮類似橡膠材料的粘彈性的重要性。圖6顯示了密封件上的徑向反作用力，因此當將其安裝到管道上時產生的力達到了接近110 N，但由于粘彈性效應，達到接近穩定狀態時，該力在50s后會下降到40N以下。這種影響可以概括為密封變得松散，因此，我們可以預測，在壓力滲透步驟，一個相對較低的內部壓力可以足夠打開第一唇。
考慮粘彈性效應的重要性
重要的是，如果不考慮粘彈性效應，那么反作用力顯然不會下降，用于壓力滲透步驟的相同內部壓力也不足以使第一唇失效，見圖7和圖8中的藍線。
圖6 整個過程中徑向反作用力曲線：step1&2：安裝密封件+應力松弛，
step3：壓力滲透
圖7.徑向反作用力曲線（紅線考慮應力松弛，藍線不考慮應力松弛）
圖8.不考慮粘彈性時的壓力滲透（壓力不會使第一個嘴唇失敗）
總結
· SIMULIA的ABAQUS有限元分析軟件能夠準確地預測橡膠類材料的行為，其中包括幾種超彈性和粘彈性的材料模型。
· 用戶可以在ABAQUS中自動地將這些模型與實驗數據相匹配。支持單軸拉伸、等軸拉伸、剪切和體積實驗數據。
· 壓力滲透是一種簡單易用的，同時非常強大的功能，可以評估機械密封件有無泄漏行為。
· 結果表明，是否考慮粘彈性對預測結果有顯著影響。
文章來源：ABAQUS仿真世界
展開 
汽車懸置高頻動剛度測試試驗臺架--汽車聲學特性優化
確定發動機懸置傳遞特性的最重要參數是動剛度，這可以用符合VDA675480標準的合適試驗臺進行測量和評估，以預定頻率的穩態正弦位移信號激勵測試樣品，并測量相關的反作用力。力與位移推導出遲滯回線，從中可以為每個測試頻率確定剛度和阻尼。圖3說明了測量和分析方法。
圖3：依據VDA 675480標準測試彈性體懸置
在測試過程中進行連續的正弦掃振動試驗，測量懸置振動位移和反作用力隨時間的變化曲線，隨后用傅里葉分析確定懸置動態剛度和相位角，這樣就可以在更短的時間、更寬的頻率范圍內高效測量懸置動態特性如：懸置動剛度和隔離度等參數。發動機懸置的典型動剛度值為100-300N/mm。
進一步可以考慮該懸置的的隔離度參數i：
這表明了采用大阻尼材料彈性體懸置的動態硬化特性，一般未經調校的發動機懸置典型的本征頻率位于10Hz附近，隨著發動機轉速的增加，本征頻率恒定的懸置系統的隔離度幾乎以平方的速度上升至1。因此，隨著激勵頻率的增加，傳遞到車體的振動將減少。 然而，對于具有速度比例阻尼特性的彈性懸置，系統的本征頻率隨著速度增加而增加，因而其隔離度的增長會比較緩慢：也就是說高頻振動的傳遞比例會越高，進而進入駕駛艙的高頻噪音更明顯。
用于確定彈性體懸置傳動特性的測試臺
用于測試發動機懸置傳遞特性的測試臺架大體上設計原理相同，液壓作動器安裝在封閉的負載框架中，使得測試部件的一側可以被動態地加載（輸入），另一側動態位移響應（輸出）產生的反作用力可由安裝在發動機懸置響應一側和負載之間的力傳感器測得。在測試期間，同時測量發動機懸置輸入處的位移激勵和發動機懸置輸出端的反作用力，并使用上述公式得出動態剛度和相位角。
展開 Abaqus中連接單元的使用技巧
它用來表示連接單元的彈性力F及彈性力矩M。它不同于連接單元的反作用力和反作用力矩。
分析結果：
通過計算，平衡時參考點坐標的Y方向的值為6.53mm。故此時的力矩為Mload=10N*6.53mm=65.3N.mm，CEM1=D44*CUR1=50*1.3=65.322 N.mm，外載荷所產生的力矩Mload與連接單元的彈性力矩CEM1是相等的。
連接單元的反作用力與外載荷也達到了平衡，即系統的力也達到了平衡。
自力式壓力調節閥、自力式微壓調節閥和自力式溫度調節閥
P2經過控制管線輸入到執行器的下膜室內作用在頂盤上，產生的作用力與彈簧的反作用力相平衡，決定了閥芯、閥座的相對位置，控制閥后壓力。當閥后壓力P2增加時，P2作用在頂盤上的作用力也隨之增加。此時，頂盤的作用力大于彈簧的反作用力，使閥芯關向閥座的位置，直到頂盤的作用力與彈簧的反作用力相平衡為止。這時，閥芯與閥座的流通面積減少，流阻變大，從而使P2降為設定值。同理，當閥后壓力P2降低時，作用方向與上述相反，這就是自力式（閥后）壓力調節閥的工作原理。 本類閥門在管道中一般應當水平安裝。當需要改變閥后壓力P2的設定值時，可調整調節螺母。
自力式壓力調節閥工作原理：閥前壓力控制
工作介質的閥前壓力P1經過閥芯、閥座后的節流后，變為閥后壓力P2。同時P1經過控制管線輸入到執行器的上膜室內作用在頂盤上，產生的作用力與彈簧的反作用力相平衡，決定了閥芯、閥座的相對位置，控制閥前壓力。當閥前壓力P1增加時，P1作用在頂盤上的作用力也隨之增加。此時，頂盤的作用力大于彈簧的反作用力，使閥芯向離開閥座的方向移動，直到頂盤的作用力與彈簧的反作用力相平衡為止。這時，閥芯與閥座的流通面積增大，流阻變小，從而使P1降為設定值。同理，當閥前壓力P1降低時，作用方向與上述相反，這就是自力式（閥前）壓力調節閥的工作原理。
當需要改變閥前壓力P1的設定值時，可調整調節螺母。
自力式壓力調節閥 產品特點
1、自力式壓力調節閥無需外加能源，能在無電無氣的場合工作，既方便又節約能源。
2、壓力分段范圍細且互相交叉，調節精度高。
3、壓力設定值在運行期間可連續設定。
4、對閥后壓力調節，閥前壓力與閥后壓力之間比為10:1~10:8
5、橡膠膜片式檢測，執行機構檢測精度高、動作靈敏。
6、采用壓力平衡機構，使調節閥反應靈敏，控制精確。
展開 基于 HyperMesh 的輕型卡車駕駛室乘員保護建模仿真
3.2 頂部強度試驗（試驗 B）
在駕駛室頂部設置一個能覆蓋頂部面積的剛性平面，該剛性平面以均勻低速垂直下壓駕駛室頂 部，通過考察反作用力來考察對乘員的保護能力（圖 6）。
根據法規要求，駕駛室頂部應能承受相當于車輛前部的一個軸或多個軸的最大軸荷的靜載荷，本車型為 26kN 的軸荷力值。剛性平面反作用力達到該力值時，考察駕駛室乘員生存空間，結果表明駕 駛員頭部距離駕駛室頂棚尚有143mm 距離，生存空間充裕，滿足法規要求（圖 7）。
3.3 后圍強度試驗（試驗 C）
本車型最大裝載質量為 3600kg，參照法規要求后圍應能承受 7.1kN 的力。運用 HyperMesh 創建
的模型，駕駛室后圍設置一個能覆蓋后圍面積的垂直于 X 軸的剛性平面，該剛性平面以均勻低速垂直 前壓駕駛室后圍,通過考察反作用力來考察后圍對乘員的保護能力，如圖 8 示。
在剛性平面反作用力達到 7.1kN 時，駕駛室后圍尚未發生明顯的侵入變形，證明假人生存空間完 全滿足法規的后圍強度試驗要求。
4結論
本文應用 HyperMesh 軟件高效的建立了某型輕型卡車駕駛室乘員保護分析模型及乘員空間評價 假人，并對該駕駛室乘員保護性能進行了充分的模擬評估，最后以 HyperView 導入計算結果顯示，通 過結果可知該車型完全滿足《GB 26512-2011 商用車駕駛室乘員保護》法規的要求。
展開 