workbench荷载约束接触定义
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H 个⼈资料2009-1-15
⽬录
workbench荷载的含义 (1)
Workbench约束的含义 (3)
接触 (4)
workbench荷载的含义
1）⽅向载荷
对⼤多数有⽅向的载荷和⽀撑，其⽅向多可以在任意坐标系中定义：
–坐标系必须在加载前定义⽽且只有在直⾓坐标系下才能定义载荷和⽀撑的⽅向.
–在Details view中, 改变“Define B y”到“Components”.
然后从下拉菜单中选择合适的直⾓坐标系.
–在所选坐标系中指定x, y, 和z分量
–不是所有的载荷和⽀撑⽀持使⽤坐标系。
2）加速度（重⼒）
–加速度以长度⽐上时间的平⽅为单位作⽤在整个模型上。
–⽤户通常对⽅向的符号感到迷惑。假如加速度突然施加到系统上，惯性将阻⽌加速度所产⽣的变化，从⽽惯性⼒的⽅向与所施加的加速度的⽅向相反。
–加速度可以通过定义部件或者⽮量进⾏施加。
标准的地球重⼒可以作为⼀个载荷施加。
–其值为9.80665 m/s2 （在国际单位制中）
–标准的地球重⼒载荷⽅向可以沿总体坐标轴的任何⼀个轴。
–由于“标准的地球重⼒”是⼀个加速度载荷，因此，如上所述，需要定义与其实际相反的⽅向得到重给长辈的祝福语简短
⼒的作⽤⼒。
3）旋转速度
旋转速度是另⼀个可以实现的惯性载荷
–整个模型围绕⼀根轴在给定的速度下旋转
–可以通过定义⼀个⽮量来实现，应⽤⼏何结构定义的轴以及定义的旋转速度
–可以通过部件来定义，在总体坐标系下指定初始和其组成部分
–由于模型绕着某根轴转动，因此要特别注意这个轴。
–缺省旋转速度需要输⼊每秒所转过的弧度值。这个可以在路径“Tools > Control
积极向上的演讲稿
⾥改变成每分钟旋转的弧度(RPM)来代替。
Panel >Miscellaneous > Angular Velocity”
4）压⼒载荷：
–压⼒只能施加在表⾯并且通常与表⾯的法向⼀致
–正值代表进⼊表⾯（例如压缩）；负值代表从表⾯出来（例如抽⽓等）
–压⼒的单位为每个单位⾯积上⼒的⼤⼩
5）⼒载荷：
–⼒可以施加在结构的最外⾯，边缘或者表⾯。
–⼒将分布到整个结构当中去。这就意味着假如⼀个⼒施加到两个同样的表⾯上，每个表⾯将承受这个⼒的⼀半。⼒单位为质量乘以长度⽐上时间的平⽅。
–⼒可以通过定义⽮量，⼤⼩以及分量来施加。
6）轴承载荷:
哥哥的英文–螺栓载荷仅适⽤于圆柱形表⾯。其径向分量将根据投影⾯积来分布压⼒载荷。径向压⼒载荷的分布如下图所⽰。轴向载荷分量沿着圆周均匀分布。
–⼀个圆柱表⾯只能施加⼀个螺栓载荷。假如⼀个圆柱表⾯切分为两个部分，那么在施加螺栓载荷
材料化学专业的时候⼀定要保证这两个柱⾯都要选中。
–载荷的单位同⼒的单位
–螺栓载荷可以通过⽮量和幅值或者部件来定义。
7）⼒矩载荷:
–对于实体，⼒矩可以施加在任意表⾯
–假如选择了多个表⾯，那么⼒矩将分摊在这些表⾯上。
–⼒矩可以⽤⽮量及其⼤⼩或者分量来定义。当⽤⽮量表⽰时，其遵守右⼿法则。
–在实体表⾯，⼒矩也可以施加在顶点或边缘，这与通过⽮量或部件定义的以表⾯为基础的⼒矩类似。
–⼒矩的单位为⼒乘上长度。
8）远端载荷:
–允许⽤户在⾯或者边上施加偏置的⼒
–⽤户设定⼒的初始位置（利⽤顶点，圆或者x,y,z的坐标）
–⼒可以通过向量和幅值或者分量来定义关于春草的诗句
–这个在⾯上将得到⼀个等效的⼒加上由于偏置的⼒所引起的⼒矩
–这个⼒分布在表⾯上，但是包括了由于偏置⼒⽽引起的⼒矩
–⼒的单位为质量*长度/时间2
9）螺栓载荷：
–在圆柱形截⾯上施加预紧载荷以模拟螺栓连接；
–施加预紧载荷（⼒）或者位移（长度）为初始条
件；
–顺序加载会出现其他选项；
在静⼒分析中预紧载荷施加在初始求解中，⽽其他载荷施加在⼦步求解中；
–注意，这样的两步顺序是⾃动⽽且明显的。
在第⼆步求解时，螺栓连接会⾃动被锁死；
除第⼀步求解以外，在顺序求解的每⼀步中你可以选择是否打开螺栓连接；
螺栓连接注意：
–只能在3D模拟中采⽤；
–能够运⽤到圆柱形表⾯或者实体，对于实体需要⼀个以z轴为主⽅向的局部坐标系；
–在螺栓连接处推荐单元细化（螺栓长度⽅向上的单元数必须⼤于1）。
Workbench约束的含义
1）固定约束:
–在顶点，边缘或⾯上约束所有的⾃由度
–对于实体，限制x,y和z的平移
–对于壳和梁，限制x,y和z的平移和转动
2）给定位移:
–在顶点，边缘或⾯上给定已知的位移
四川的特色–允许在x,y和z⽅向给予强制位移
代表此⽅向上即被约束
–输⼊“0”
–不设定某个⽅向的值则意味着实体在这个⽅向上⾃由运动
3）⽆摩擦约束:
–在⾯上施加法向约束
–对于实体，这个约束可以⽤施加⼀个对称边⾯界条件来实现，因为对称⾯等同于法向约束
4）圆柱⾯约束:
–施加在圆柱表⾯
–⽤户可以指定是轴向，径向或者切向约束
–仅仅适⽤于⼩变形（线性）分析
5）仅有压缩的约束:
–在任何给定的表⾯可以施加法向仅有压缩的约束。这个约束仅仅限制这个表⾯在约束的法向正⽅向移动。
–解释这个约束的⼀种⽅法就是将它想象为⼀个“刚性”结构，它与选择的表⾯有相同的形状。注意到这些接触（压缩）⾯事先不知道。
–可以在⼀个圆柱⾯上模拟“扣牢的圆柱约束”，这个约束可以适⽤于7.1版本，但是它是“仅有压缩约束”的⼀种特例。如右图所⽰，显⽰出了没有变形的圆柱的轮廓。有压缩⼒的表⾯阻⽌原始圆柱变形，
⽽可伸长的表⾯⾃由变形。
–这个需要⼀个迭代（⾮线性）求解器来求解。
由于事先不知道压缩⾯的⾏为，所以需要利⽤迭代求解器来判断哪个表⾯显⽰的是压缩⾏为
6）简单约束:
–可以施加在梁或壳体的边缘或者顶点上
–限制平移但是所有旋转都是⾃由的
王者荣耀名师点7）固定旋转:
–可以施加在壳或量的表⾯，边缘或者顶点上
–约束旋转，但是平移不限制
约束总结：
约束和接触对都可以归结为边界条件。
–接触对模拟在两个已知模型之间的⼀个“柔性”边界条件
–固定约束在被模拟部件之间提供⼀个“刚性”边界条件，刚性的
固定部件不必建⽴模型。
Type of Support Equivalent Contact Condition at Surfaces of Part
Fixed Support Bonded contact with a rigid, immovable part
Frictionless Support No Separation contact with a rigid, immovable part Compression Only Support Frictionless contact with a rigid, immovable part
假如对部件A和B之间连接⽐较感兴趣，那么就要考虑两个部分是否都需要分析（通过接触）或
者仅提供部件B对A的影响的固定约束是否⾜够。
–换句话说，部件B相对于A来说是，刚性的?？假如是的话，可以仅仅模拟对部件A的⼀个固定约束。假如不是则需要模拟两者之间的摩擦。
8）热载荷:
模型当中，温度会引起热膨胀
–热应变计算如下式:
其中α是热膨胀系数（CTE）, T ref是热应变为零时的参考温度，T是施加的温度，εth 是热应变。–热应变⾃⾝不会引起应⼒。⽽当约束、温度梯度或者热膨胀系数不相匹配是才会产⽣应⼒。
下拉菜单中定义并且其单位为单位温度下的应变
– CTE在“Engineering”
下拉菜单下定义。
–参考温度在“Environment”
热载荷可以施加在模型上：
–任何温度载荷都可以施加
– DS通常⾸先进⾏热分析，然后在结构分析时将计算所得的温度域作为载荷输⼊。
接触
1）装配体——实体接触
当输⼊实体的组合体时，两个实体之间⾃动⽣成接触。
–⾯对⾯接触允许在两个实体边界上的不匹配的单元划分
–⽤户可以在“Contact”
菜单下，指定探测⾃动接触距离的滑块来控制容差
在DS中，在每个接触对中都要定义⽬标⾯和接触⾯。
–接触区域的其中⼀个表⾯构成“接触”⾯，此区域的另⼀个表⾯构成“⽬标”⾯。
–接触中利⽤⽬标⾯的渗透量（在给定容差范围内）来限制接触⾯上的积分点。但是其相反的情况是
不正确的。
当⼀个⾯为⽬标⾯⽽另⼀个⾯为接触⾯时称为不对称接触。⽽当两⾯都为接触⾯或者⽬标⾯时则称为对称接触，因为任何⼀边都可以渗透到另⼀边。
在缺省情况下，DS对组合体定义的是对称接触。对于ANSYS Professional licens 以及结构模块，
⽤户需要根据上述介绍将其改变成⾮对称接触。四种接触类型可供选择：
Contact Type Iterations NormalBehavior
(Separation)
Tangential Behavior
(Sliding)
Bonded 1 Clod Clod
No Separation 1 Clod Open Frictionless Multiple Open Open
Rough Multiple Open Clod乐行仕
–绑定的和不分离的接触是最基础的线性⾏为，仅仅需要⼀次迭代
–⽆摩擦以及粗糙接触是⾮线性⾏为，需要多次迭代。但是，需要注意的是仍然利⽤了⼩变形理论的
假设。
当需要利⽤这些选项时，可以在相应的菜单下设定
“Actual Geometry (and Specified Offt)”
或
“Adjusted to Touch”
，
其中允许⽤户调整ANSYS模型的间隙到，刚刚接触? 的位置
对于⾼级⽤户，接触的另外⼀些选项可以进⾏修改
–⽅程式可以从“Pure Penalty”
修改到“Augmented Lagrange”
，“MPC”或“Normal Lagrange”．? “MPC”
仅仅适⽤于绑定的接触
“Augmented Lagrange”
应⽤于规则的ANSYS模型中
–在绑定的接触中，纯粹的罚函数法可以想象为在接触⾯间施加了⼗分⼤的刚度系数来阻⽌相对滑
