ANSYS弱弹簧weakspring使用

1、许多CAE朋友在ANSYS WOKKBENCH 中进行静力学与瞬态动力学仿真时，都遇到过弱弹簧(weak spring)得问题，我们发现，在求解结束以后,ANSYS经常提到它给我们加了一个 弱弹簧，并建议我们检查一下模型，这就是什么意思呢？弱弹簧就是好还就是不好，对于结果有没有影响，该不1加，如何加呢？ ANSYS加弱弹簧得目得又就是什么呢？我们先考察一个超级简单得例子，然后通过该例子来考察 ANSYS所施加得弱弹簧得含 义。一根矩形截面梁，长度为1米,横截面就是100mm*100mm,左边固定，右边加10kN得力， 现在考虑加力后它得变形与应力。显然，这就是一个简单得拉伸问题 ，在轴线方向上

2、应力都就是一样得，按照拉伸得应力公式，可以计算其大小为1Mpa。我们先对该问题进行建模，然后修改边界条件，来考察弱弹簧得 含义。1、创建静力学分析系统。若 Stalk: Structural2 /Engreenng Data /3 gGeo<ne(rY亨4 ® Model 5 屈答j6 “Solution'a17 QResultsZjStructural2、创建梁得三维模型。双击geometry单元格，进入到DM中,然后创建一根三维梁其尺寸设置如下gx8x1pi-XVWintQperrtconAdd MjrtfftjiFrom On. Point and 户钿 ntj.

3、 口cMnit 匐 nCwniFnatH2, Paieit 1 X oovdinat#B mmFD4, Paint 1 ¥ Coo*diHaUOmmFD5, Poinl 1Z CwndinatcOmni口Dtfin巾xCwporenUFK斌 gnf»n«ELDQQfnm2, Di-IQ0f4l v Co-m gMMLWmmFDfl. Dijgontl Z CompanenlOOfwna»*即长度为1000mm，而截面尺寸就是 100mm*100mm 。3、划分网格得到有限元模型。双击model,进入到mechanical中，并自动划分网格，结果如下。4、

4、施加边界条件。左端面施加位移边界条件，三个方向得位移都为零。在右端面上施加10KN得拉力。口 Fore用工肮叫、L Cimpo ncntsi0 0k N5、求解并得到结果。计算完毕后，没有任何警告或者错误信息，而X方向得位移结果就是口血卵MAK 巾*阮 OjO 口猾 MS OjOO 33213 QJ0D27677 OjOO门阳jGD 16Wojoghc 71 0j0M5例5OMin即拉伸了 0、00498mm左右。其应力大小就是 1.145I 1间1D249dMfl3969】侬 OJBS5 出0179 es0.U221 Min一t源1弓由于在左边存在应力集中，此处有轻微得变化。而杆件得绝大部分

5、应力就是1Mpa,这与实际情况就是吻合得。6、改变位移边界条件，改变成力得边界条件。在上图中，轴线方向就是 X方向。该轴也只就是在 X方向上受力。从理论上瞧来 ，对于 左端面，可以只约束X方向，而Y方向与Z方向可以就是自由得。因此，下面对于左端面，只约束其X方向得位移，查瞧结果如何。修改左端面得位移边界条件如下图请注意左上角彳#文字提示，该截面得Y,Z位移都就是free,即没有做位移限制。7、求解并查瞧结果。进行求解。求解结束后，在信息栏中出现了警告信息如下图为了瞧清楚该信息得全部内容 ，双击打开该警告信息。One or more bodies may be underconstraired

6、and experiencing rigid body motion. Weak springs have been add&d to attam a solution. Refer Troubleshooting in the Help System for morfr details-其含义就是说，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。为了获得个解,ANSYS给我们添加了弱弹簧。如果您想知道更多得信息，请瞧帮助系统中得troubleshooting 部分。我们先接着瞧瞧结果。位移得结果OjMS Mjx QjO(M4444ODoaeesg 0J00333330J0

7、0277 78 0X)022227OUD 016647 0X011111OJO心5有& 0 Mi ft最大位移就是0、005mm，相比前面得解而言，有微弱得变化，可以忽略不计。应力得结果非常好，完全与理论一致，也就是我们所需要得结果。那么上面出现得警告又就是什么意思呢？ANSYS添加了一个弱弹簧，如果我们不要该弱弹簧会如何？8、关闭弱弹簧设置并重新计算。设置一下"anaylysis settings得细节面板如下图，关闭弱弹簧。-Step ControlkNumber Of Step31Current Step Mumbe-r1Step End Time1 sAuto -in

8、ne SttppirgProgram Contra lied-S&tu*r ControlsSolverlypeProgram ControlledWeak SpringsOffdl_arg? DeflectionOffllinefiia ReliefoffI*Restart Contreh+Nonlirvear ControlsOutput+Datd MdndgementVisibility重新计算。结果并没有出现什么问题，而应力与位移与没有关闭前一模一样。可见，该弱弹簧就是可以被关闭得，并不一定需要添加。9、用集中力取代左边得位移边界条件并计算。现在压制左边得位移边界条件 ，然后在

9、左端面上施加一个集中力，就是拉力，大小为10kn、现在得边界条件如下即:不再有位移边界条件，而就是在左右两端面分别施加拉力。对于分析设置，关闭弱弹簧如下图。开始计算。结果出错，信息如下TextAtwddd«nError An unknown error occurrrd during splirtion. Ch«k tinr Sokrr Outpuf on (he S Project > IYfodcl*Swic Stnjctkirfl1>SolubnnWjmln 503r pivot irmirws have encount«red during t

10、h# wlakm. This 值 u川上 Projtct»Mcd*l>St*ti< Structurj1>SolutionM escjgei 。,-口射其中得警告信息如下图ANSYS Workbench - WarningSoIver pivot warnings have been encountered during the 5olutiDn. Thie k u幻jwlly a result of an ill conditioned matrix possibly due to urirea5onabk- material properties wn unde

11、r constrained model, or contact related issues. Che-cic results carefully.含义就是，在求解过程中遇到了奇异，这就是因为出现了病态矩阵。 这种情况一般就是由 于材料属性设置不合理，模型没有约束好，或者接触设置出了问题。其中得错误信息如下它说，在计算过程中出现了未知错误。请检查求解信息物体得求解器输出，以便查瞧可能 得原因。此时在窗口左边彳#树形大纲上 ，出现了我们不喜欢得红色闪电符号计算结果就是值得怀疑得。我们反省一下。我们所做得改变，只就是把边界条件进行了变化，把左端面变成了施加力 得情况，左右端面得力就是相等得，该杆件

12、应该不会发生刚性位移，从而也不需要约束。但就是 ANSYS认为我们得模型没有约束好 ，这就是怎么回事呢？实际上,数值计算与我们得想象不一致。 我们以为左右两端面得力会平衡 ，实际计算并不 一定会如此。左端面10kN得力最终会分配到该端面得各个节点上 ，右端面也会如此。这样分 配以后，一般都会存在一些误差，导致最终在梁得轴线方向上，左右两端面得力并不平衡，从而 导致刚性位移。为了约束这极可能存在得刚性位移，我们需要给杆件施加弱弹簧，就就是在梁得两个端 面节点与地面之间加上弹簧，该弹簧得刚度很小很小，一般只有梁单元弹性模量得百万分之一这样，并不会对应力与变形计算造成实质得影响，但就是却可以防止可能

13、存在得刚性位移。这 就就是ANSYS所采用得方式。我们现在打开弱弹簧。-Step ContrskNumber Of Steps1.C u rrtrt Step rd m t>er 1.5lep End Time1. wXu to li me Stepping Program Controlled-Solver-CentroidSolver7y|>eProgram ControlledS-pringsUn-H Spring Stiffne&sSpring Stiffne&s Factor 1Large OflactionOffInertia ReliefOff十 Re

14、start Control4- Nonlinear Controls± Output Controls十 Ahdlpis Data Management请查瞧上图中得设置首先,我们打开了弱弹簧。就就是请ANSYS为我们加上弱弹簧。接着，我们确定该弹簧得刚度就是通过输入因子得方式确定得。最后，我们确定该因子就是 1,就就是说该弹簧得刚度就是梁单元弹性模量得百万分之现在，重新计算。计算完成后，出现了警告信息。ANSY5 Workbench One- or more bodies nay be underran strained «nd wKp.dECing* ' rig

15、id body rnoticr. Weak springs have been added to attain 3iolutica Refer to Troubleshooting in the Help System for more detaik.该警告信息与前面一致。只就是说ANSYS已经为我们添加了弱弹簧。但就是并没有错误信息。查瞧变形结果厂.0Z»2S M>¥阳通 -0JOCOH779 -。加0?”电 -皿。曾普言 -中相脑 -OjOOI4IUI -4jOO» Min由于就是对称得拉伸，所以一边就是正向位移，一边就是负向位移，大小均为0、0025m

16、m,这就是对得。总得变形量就是0、5mm,这与前面得计算一致。应力结果如下图可见，应力也完全正确。可见，施加弱弹簧以后，结果瞧不出有什么影响，但就是没有出错信息出现。这就就是弱弹 簧得好处，既满足了我们得需求，又使得计算可以进行。那么，弱弹簧得刚度变大又会如何呢?我们下面试着把弱弹簧得刚度增加到系统默认刚度得100万倍。-Solver CentroidSolver TypeProgram ControlledWeak SpringsOnSpring StiffnessFactorSpring Gtiffne号s FactorLarge ReflectionOffInertia ReliefOf

17、f计算并查瞧结果则变形就是口岫8” 0.0013005DM027&11 -0.DM2761! -002652 -0JDL3SD5 *0.001?327 幡 Min可见，位移发生了一些改变。应力就是IDfiSJ MaxAutn m aOfUM09 71 例。鼾聊4。盾网G Mih在两端面，应力有些微得改变，大概就是8%左右。仔细查瞧左端面我们可以瞧出，每个边得中间点处，应力集中。至此我们可以明白，ANSYS就是在每边得中点处，施加了 4根弹簧，而每根弹簧得刚度为 我们所指定得刚度。对于另外一个端面也就是如此，这样,ANSYS共施加了 8根弹簧。显然，由于施加得弹簧刚度过大，导致这里出现了应力集中，这影响了我们得计算结果，这 与实际情况就是不符合得。总之，当ANSYS发现约束不足（或者