ANSYS Workbench中弱弹簧(Weak Spring)的含义
在ANSYS Workbench中进行静力学和瞬态动力学仿真时,有时会遇到过弱弹簧(Weak Spring)的问题。在求解结束以后,ANSYS Workbench经常提到它给模型增加了一个弱弹簧,并建议我们检查一下模型,这是什么意思?弱弹簧是好还是不好,对于结果有没有影响,该不该加,如何加?ANSYS Workbench加弱弹簧的目的又是什么?下面通过一个例子来说明ANSYS Workbench所施加的弱弹簧的含义。
1、题例
一根矩形截面梁,长度为1米,横截面是100mm*100mm,左边固定,右边加10kN的拉力,计算变形和应力。
这是一个简单的拉伸问题,在轴线方向上应力都是一样的,按照拉伸的应力公式,可以计算其大小为1Mpa,梁端的最大位移应为0.005mm。我们先对该问题进行建模,然后修改边界条件,来考察弱弹簧的含义。
2、正常求解
按照正常情况施加边界条件,左端面施加位移边界条件,三个方向的位移都为零,在右端面上施加10KN的拉力。计算完毕后,没有任何警告或者错误信息,X方向的位移结果是拉伸了0.00498mm左右。
梁的整体位移是0.00498mm左右,与延X轴方向的位移基本一致。
由于在左边固定面处存在应力集中,此处有轻微的变化。而杆件的绝大部分应力是1Mpa,这与理论计算结果是吻合的。
3、改变边界条件增加弱弹簧进行计算
在上面的计算中,轴线方向是X方向。该梁也只是在X方向上受力。从理论上看来,对于左端面,可以只约束X方向,而Y方向和Z方向可以是自由的。因此,下面对于左端面,只约束其X方向的位移。修改左端面的位移边界条件如下图:
将弱弹簧(Weak Springs)选项设置为程序控制(Program Controlled),求解结束后,在信息栏中出现了警告信息:“One or more bodies may be underconstrained and experiencing rigid body motion. Weak springs have been added to attain a solution. Refer to Troubleshooting in the Help System for more details.”
大概意思是:有一个或者多个物体,可能没有约束好,导致发生了刚性位移。为了获得一个解,ANSYS给我们添加了弱弹簧。
此时查看延X轴方向的最大位移为:0.005mm。
梁的整体位移为0.005mm,与延X轴方向的位移基本一致。
整个梁上的应力均为1MPa。
无论是位移还是应力均与理论解完全一致。