【ansys workbench】8.刚体平移和弱弹簧

本篇博客是根据阅读公众号“机械人读书笔记”而来的学习笔记~

敲黑板,本篇博客又是一个重点~

刚体平移现象和错误表现

上一篇学习中,将虎钳的网格精度调为5mm时,虎钳变形成了一个平面。

(很多时候并不是学习者们无法直译错误提示,而是即使翻译成了中文也不知道中文意思指的是什么,即使知道了也找不出错误的解决办法。)

刚体平移可能出现的错误收集:

1.This is usually a result of an ill conditioned matrix possibly due to unreasonable material properities, an under constrained model, or contact related issues. 由病态矩阵引起的

2.A solver pivot warning or error has been detected in the UY defree of freedom of node 9255 located in flat. 在Y方向自由度有问题

3.One or more bodies may be underconstrained and experiencing rigid body motion. Weak springs have been added to attain a solution.有实体没有被约束住,或者有刚体运动。使用弱弹簧可以解决这个问题

4.Not enough constrains appear to applied to prevent rigid body motion. This may lead to solution warnings or errors. Check results
carefully.让我们对计算结果进行确认

以上错误,都很有可能是出现了刚体平移的错误。

对于带孔矩形板,如果想约束两段边所在的面在Y、Z轴方向固定,那么选择displacement,然后将Y、Z Component填成0,将X仍然保持free即可。

当选择directional deformation的X方向时,我们将
在这里插入图片描述
选择成show undeformed wireframe,就可以看出来在力的作用下,之前矩形板的位置后之后矩形板的具体位置对比。
发现X方向变形均为正,说明整个板是往X正方向移动了。

将网格精度改为4、3mm,结果反过来了。
原因就在于出现了刚体运动。

刚体运动:物体发生了整体的偏移。

为什么会出现这种情况呢?
首先,先来了解一下电脑到底是如何处理这些数据的
假设带孔矩形板的两边分别画了90个节点和88个节点,取小数点后五位,于是分配到每个节点的载荷分别是:
10000/90=111.11111N 10000/88=113.63636N
此时实际加载在两边的力分别为:111.1111190=9999.99990N 113.6488=9999.99968N
(电脑所给的力一定是一个小数点后有限位数的数,不可能是无限位的。不妨假设是电脑保留了小数点后五位)
于是两边相差0.00022N的载荷,系统如何抵消?
即使两边画的节点一样,最后的结果也会不同。因为这是由多因素造成的,节点的位置呀等等。
所以,不管怎么样,只要约束不够,一定会产生偏差。

那么,消除微小力的方法是什么呢?
一般情况下,现实中一定有产生抵消的约束或接触,只是我们没有设置上,所以仔细检查模型找出产生微小力的原因。目前多数有限元分析软件提供一种弱弹簧的功能,原则上是可以抵消这种载荷,但是经常会出现一些新手发现不了的问题,所以虽然接下来我要讲解弱弹簧功能,但是主要目的是要大家理解这种载荷产生的原因,而个人并不推荐新手使用这一功能

接下来,我们在网格5mm的模型上添加以下弱弹簧功能。在Static Structual-Analysis Settings那里,点击一下,在Details中有一个weak Springs ,将其由off调为on。
再进行求解,结果就如我们所想了,在变形那里有正有负了。左边的往左变形,右边的往右变形。

然后我们点击Solution,然后在上面的菜单栏中的Probe,选择反力force reaction,然后在Boundary Condition中选择弱弹簧,再更新一下,就可以看出来弱弹簧在X方向上抵消了多少的力

改变网格精度,位移结果不太会变化,但是弱弹簧抵消的力是不同的。

其实有了弱弹簧,上面那个displacement也可以不要了。此时再求解看看变形量的结果差不多,稍有点变化。

总结一下:
弱弹簧只能抵消微小力,这个微小力是系统在截取有效数字的过程中所产生的,一般非常非常小。

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