ANSYS APDL如何添加弱弹簧

ANSYS APDL如何添加弱弹簧

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用过Workbench的同学应该都了解,WB里面有一项名为“弱弹簧”的功能,这项功能对于有时候求解约束不足的情况非常有效,其原理为软件自动在欠约束的边界处施加一个刚度系数非常小的弹簧,从而满足求解需要,在没有大范围影响求解精度的条件下,能够在短时间内使得模型得到求解,从而方便用户根据初步计算结果快速调整模型。

WB打开弱弹簧功能的设置位置如下:

ANSYS APDL如何添加弱弹簧

 

很多同学私信水哥请教APDL里面是否有类似的功能?

其实是有的,并且操作方式简单快捷,在界面显示上比WB更加直观!

下面以一个案例来说其打开方式及影响,供大家参考。

如下所示,金属板受到两侧同等拉力,在物理上,这种情况很常见,中间的应力也非常好求解,力除以受荷面积即可,当然由于孔洞的存在,会有应力集中的情况。

ANSYS APDL如何添加弱弹簧2

然若用户直接这么建模分析,大概率会出现边界条件约束不足的情况,也即物理现象虽合理,但模型分析时,任需根据实际模型进行合理边界的施加。

ANSYS APDL如何添加弱弹簧3

 

为在产品设计初期克服上述情况,从而快速评估工作,加快设计周期,可通过弱弹簧功能自动在约束不足的边界施加合理弹簧,APDL中,施加弱弹簧的命令流为:

WSPRINGS

无需特别的参数,前处理和求解都可以使用。

APDL帮助里面并没有对这个命令作过多的解释,GUI也无法实现,例如上述模型,输入该命令后的变化如下所示:

ANSYS APDL如何添加弱弹簧4

在模型的四个角落分别添加了约束,注意这个约束并不是直接约束板件的节点,而是创建了一个0长度的弹簧,弹簧的一端连着板件节点,另外一点施加了固定约束。

打开主菜单的单元类型,发现增加了3个弹簧类型,分别是三个方向的自由的弹簧,单元类型为Combin14.

ANSYS APDL如何添加弱弹簧5

打开实常数类型,发现也多了一个实常数,其值为0.21。

ANSYS APDL如何添加弱弹簧6

从上述检查可见,当使用了上述弱弹簧的命令后,软件会自动在约束不足的地方添加弹簧,单元类型为14线性弹簧,弹簧刚度自动计算。

之所以前文说的APDL要比WB直观就在于使用这个命令后,能马上看到添加的地方,而WB则是需要求解完成后才能查看。

使用弱弹簧的整个代码如下:

finish
/clear
/prep7
​
et,1,shell181
mp,ex,1,2.1e5
mp,dens,1,7850e-12
mp,prxy,1,0.3
sectype,1,shell
secdata,10
​
blc4,,,1500,500
cyl4,750,250,100
aovlap,all
​
asel,s,,,2
adele,all
​
allsel,all
esize,10
amesh,all
!施加弱弹簧
wsprings
/solu
allsel,all
nsel,s,loc,x,0
f,all,fx,-10
nsel,s,loc,x,1500
f,all,fx,10
allsel,all
solve
​
/post1
set,last
plnsol,u,x

为对比分析,这里在补充正确的力学模型,也即在对称轴处施加相应的对称边界即可,如下所示:

位移情况对比:

弱弹簧:

ANSYS APDL如何添加弱弹簧8

 

正常约束:

ANSYS APDL如何添加弱弹簧9

 

应力情况对比:

弱弹簧:

ANSYS APDL如何添加弱弹簧10

 

正常约束:

ANSYS APDL如何添加弱弹簧11

 

从结果可见,弱弹簧具有一定的影响,但若机构复杂,调试起来非常繁琐,牺牲一点精度相对于时间成本来讲,在一定程度上也是可以接受的!

以上便是APDL里面施加弱弹簧的内容,值得大家注意的是,该方法针对于静力分析比较有效,如果是模态分析,弱弹簧并不能充当实际边界条件,如果用户边界条件不合理,依然会有机动模态的出现!

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