ansys弱彈簧模擬地面
關(guān)注創(chuàng)建者：王靖雯 創(chuàng)建時間：2023-03-07
ansys弱彈簧模擬地面的實例教程
在本例中，弱彈簧功能（Weak Springs）幫助我們避免了剛體運動，完成了計算，是不是就意味著只要出現(xiàn)了剛體運動，就可以使用弱彈簧功能（Weak Springs）呢？答案是否定的。分析中若使用了弱彈簧，在求解完成以后，我們要插入一個Force Reaction的Probe，用來探測弱彈簧的支反力，以表征這個弱彈簧對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響。設(shè)置方法如下：
提取支反力結(jié)果，我們發(fā)現(xiàn)，弱彈簧產(chǎn)生的總體支反力僅為1.13e-12N，可以忽略不計，所以，該結(jié)構(gòu)使用弱彈簧是沒有問題的。在此，筆者也提醒一句，
弱彈簧若非必需，則不用，盡量在結(jié)構(gòu)上想辦法來防止剛體位移。
方法二：使用固定約束等效其中的一個力F。
我們知道，如果只看受力，可將該結(jié)構(gòu)等效為下圖所示結(jié)構(gòu)，此時約束一端的支反力依然為F。
我們將
Step3：載荷及邊界條件設(shè)置為一端受拉，一端為固定約束。關(guān)掉弱彈簧，然后求解。
提取應(yīng)力結(jié)果，除固定約束處存在應(yīng)力奇異外，其余位置應(yīng)力依然為1MPa。
至此，本文結(jié)束。
展開 為了約束這極可能存在的剛性位移，我們需要給桿件施加弱彈簧，就是在梁的兩個端面節(jié)點和地面之間加上彈簧，該彈簧的剛度很小很小，一般只有梁單元彈性模量的百萬分之一，這樣，并不會對應(yīng)力和變形計算造成實質(zhì)的影響，但是卻可以防止可能存在的剛性位移。這就是ANSYS所采用的方式。
我們現(xiàn)在打開弱彈簧。
請查看上圖中的設(shè)置
首先，我們打開了弱彈簧。就是請ANSYS為我們加上弱彈簧。
接著，我們確定該彈簧的剛度是通過輸入因子的方式確定的。
最后，我們確定該因子是1，就是說，該彈簧的剛度是梁單元彈性模量的百萬分之一。
現(xiàn)在，重新計算。
計算完成后，出現(xiàn)了警告信息。
該警告信息與前面一致。只是說ANSYS已經(jīng)為我們添加了弱彈簧。但是并沒有錯誤信息。
查看變形結(jié)果
由于是對稱的拉伸，所以一邊是正向位移，一邊是負(fù)向位移，大小均為0.0025mm,這是對的。總的變形量是0.5mm，這與前面的計算一致。
應(yīng)力結(jié)果如下圖
可見，應(yīng)力也完全正確。
可見，施加弱彈簧以后，結(jié)果看不出有什么影響，但是沒有出錯信息出現(xiàn)。這就是弱彈簧的好處，既滿足了我們的需求，又使得計算可以進(jìn)行。
那么，弱彈簧的剛度變大又會如何呢？
我們下面試著把弱彈簧的剛度增加到系統(tǒng)默認(rèn)剛度的100萬倍。
計算并查看結(jié)果
則變形是
可見，位移發(fā)生了一些改變。
應(yīng)力是
在兩端面，應(yīng)力有些微的改變，大概是8%左右。
仔細(xì)查看左端面
我們可以看出，每個邊的中間點處，應(yīng)力集中。
至此我們可以明白，ANSYS是在每邊的中點處，施加了4根彈簧，而每根彈簧的剛度為我們所指定的剛度。對于另外一個端面也是如此，這樣,ANSYS共施加了8根彈簧。
顯然，由于施加的彈簧剛度過大，導(dǎo)致這里出現(xiàn)了應(yīng)力集中，這影響了我們的計算結(jié)果，這與實際情況是不符合的。
展開 問題：
工程中兩個零部件之間經(jīng)常會有配合間隙，Ansys Workbench中可以使用combin39號非線性單元，通過控制不同行程的彈簧剛度來模擬間隙配合。
模型示例：
設(shè)定支座與軸有1mm的配合間隙，在一端施加X向100N作用力，查看運動位移。
計算步驟：
1. 在間隙配合位置，建立jiont連接，放開X向平動自由度。
2. 在間隙配合位置，建立spring連接，同時插入Commands 命令。
ET,_sid,39,0,0,0,1
R,_sid,0.95,1,1.05,10000
3. 查看計算結(jié)果，當(dāng)運動至0.95mm后spring彈簧剛度值陡增限制了X向運動。
建議：
? 同一個連接區(qū)域不建議使用兩個重復(fù)的連接關(guān)系，即jiont連接和spring連接不要使用同一個區(qū)域。
? 本文對配合區(qū)域進(jìn)行分段處理，中間為spring連接，兩側(cè)為jiont連接
? 使用Remote Point點創(chuàng)建連接，需要打開Beta選項。
? 這種等效方式并不能良好的反應(yīng)間隙配合位置的應(yīng)力狀態(tài)，需要校核配合區(qū)域的應(yīng)力狀態(tài)還是需要使用接觸連接。
展開 ANSYS中如何實現(xiàn)單向彈簧的模擬
在前面幾期的文章中，本人介紹了在ANSYS中如何實現(xiàn)彈性地基的模擬，其中既使用了本身可以設(shè)置彈性地基剛度的特殊單元，也采用了彈簧單元來間接實現(xiàn)。然而一個不可避免的現(xiàn)象便是在實際中，其實有很多情況下地基是既受拉又受壓的，如果繼續(xù)采用特殊單元，則不能考慮這點。也即是這些特殊的單元無法考慮單向受壓的情況，例如在隧道二次襯砌分析中，外部等效圍巖就不能使用這些特殊單元。
在前面一期中也介紹了如何使用combin39單元來實現(xiàn)彈性地基的模擬，使用該單元的一個好處便是可以考慮單向作用。本文就簡單介紹如何使用該單元實現(xiàn)單向彈簧的模擬。
要利用該單元實現(xiàn)單向彈簧，首先要讀懂該單元各個單元關(guān)鍵項的意思，該單元有很多關(guān)鍵項，不同的設(shè)置會有不同的單元表現(xiàn)。該單元一共有八種單元表現(xiàn)，羅列如下：
從上述單元表現(xiàn)可見，第B種和第e種情況可實現(xiàn)單向彈簧的功能，這兩者的主要區(qū)別在于一個是卸載路徑與原加載路徑相同，一種是卸載路徑與加載路勁的原點段平行。
細(xì)心的同學(xué)可以發(fā)現(xiàn)，這兒combin39所謂的單向是指受拉單向，也即是該單元只提供單向受拉的功能，如果要實現(xiàn)我們口中所謂的單向受壓，則需要一定的建模技巧。
為驗證該單元的單向功能，下面我們做一個小實驗。
命令流如下：
finish
/clear
/prep7
et,1,combin39
!Z方向的單向彈簧
keyopt,1,4,0
keyopt,1,3,3
keyopt,1,1,0
keyopt,1,2,1
n,1
n,2,0,0,1.0
!彈簧的初始彈性模量為100
r,1,0.1,100*0.1
e,1,2
d,1,all,0
allsel,all
!
展開 對于實際應(yīng)用中承受非線性彈簧單元Combin39的實際應(yīng)用。
在ANSYS Workbench里提供了兩種方法，一種是WB的雙向彈簧，輸入數(shù)據(jù)表格，其本質(zhì)上采用是LINK8單元進(jìn)行模擬，而不是非線性彈簧combin39。
而利用Combin39單元，需要建立彈簧單元后，插入命令流來實現(xiàn)，對于只承受壓縮載荷的力-位移曲線，輸入到最后，是需要稍等小的正位移和正力數(shù)值。
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對于實際應(yīng)用中承受非線性彈簧單元Combin39的實際應(yīng)用。
在ANSYS Workbench里提供了兩種方法，一種是WB的雙向彈簧，輸入數(shù)據(jù)表格，其本質(zhì)上采用是LINK8單元進(jìn)行模擬，而不是非線性彈簧combin39。
而利用Combin39單元，需要建立彈簧單元后，插入命令流來實現(xiàn)，對于只承受壓縮載荷的力-位移曲線，輸入到最后，是需要稍等小的正位移和正力數(shù)值。
問題：
工程中兩個零部件之間經(jīng)常會有配合間隙，Ansys Workbench中可以使用combin39號非線性單元，通過控制不同行程的彈簧剛度來模擬間隙配合。
模型示例：
設(shè)定支座與軸有1mm的配合間隙，在一端施加X向100N作用力，查看運動位移。
計算步驟：
1. 在間隙配合位置，建立jiont連接，放開X向平動自由度。
2. 在間隙配合位置，建立spring連接，同時插入Commands
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我們在做靜力學(xué)分析時，有時會遇到這種情況：一個結(jié)構(gòu)，在對其進(jìn)行受力分析時，它是平衡的，但在ANSYS中計算的時候，軟件會報錯，求不出結(jié)果來。比如下圖所示一根桿，兩端受到等值反向共線的力F作用，根據(jù)二力平衡公理，這根桿是平衡的。下面，我們使用ANSYS計算一下這個結(jié)構(gòu)。
Step1：
建立模型。
許多CAE朋友在ANSYS WOKKBENCH中進(jìn)行靜力學(xué)和瞬態(tài)動力學(xué)仿真時，都遇到過弱彈簧（weak spring）的問題，我們發(fā)現(xiàn)，在求解結(jié)束以后，ANSYS經(jīng)常提到它給我們加了一個弱彈簧，并建議我們檢查一下模型，這是什么意思呢？弱彈簧是好還是不好，對于結(jié)果有沒有影響，該不該加，如何加呢？ANSYS加弱彈簧的目的又是什么呢？
我們先考察一個超級簡單的例子，然后通過該例子來考察ANSYS所施加的弱彈簧的含義
ANSYS中如何實現(xiàn)單向彈簧的模擬
在前面幾期的文章中，本人介紹了在ANSYS中如何實現(xiàn)彈性地基的模擬，其中既使用了本身可以設(shè)置彈性地基剛度的特殊單元，也采用了彈簧單元來間接實現(xiàn)。然而一個不可避免的現(xiàn)象便是在實際中，其實有很多情況下地基是既受拉又受壓的，如果繼續(xù)采用特殊單元，則不能考慮這點。也即是這些特殊的單元無法考慮單向受壓的情況，例如在隧道二次襯砌分析中，外部等效圍巖就不能使用這些特殊單元
