仿真计算中质量点对计算精度和时间的影响

1. 对计算精度的影响 (通常是负面影响或需要谨慎评估)

• 忽略了刚度分布： 这是最主要的影响。质量点只提供了质量属性（集中质量），完全不提供任何刚度。而被它替代的实际部件（如电机、电池、配重块等）通常具有一定的刚度和复杂的几何形状。

• 改变固有频率： 特别是那些涉及被替代部件局部变形或与主体结构强耦合的模态，频率计算结果会出现偏差。

• 扭曲振型： 在质量点附着点附近，由于缺乏局部刚度，振型会显得异常“柔软”或不真实，不能反映实际部件的振动形态。

• 静态分析： 如果被替代部件的刚度对整体结构刚度有显著贡献（例如，它是支撑结构的一部分），那么用质量点代替会高估结构的柔度，导致变形结果偏大，应力分布也可能不准确（尤其是连接点附近的应力）。如果被替代部件主要起质量作用且刚度相对很小（例如，悬挂的重物），则影响可能较小。

• 模态分析： 影响显著。被替代部件的局部刚度会极大地影响其局部振动模态以及它与主体结构的耦合模态。用质量点代替会：

• 谐响应/瞬态分析/响应谱分析： 基于模态分析的结果，这些动态分析的精度也会受到影响。错误的模态会导致错误的动态响应预测。

• 应力结果失真：

• 质量点本身不产生应力，但它的重量会施加在它所连接的节点或几何点上。

• 这会导致在连接点处产生不真实的应力集中。实际部件的重量是通过一定的接触面积或连接结构传递的，应力分布会更分散。

• 如果实际部件的刚度对载荷传递路径有影响（例如，它分担了一部分弯矩），那么用质量点代替会使主体结构承受不合理的载荷，导致应力计算结果整体偏差。

• 忽略了转动惯量（默认）： 标准的 Point Mass 只定义平动质量。如果被替代部件有显著的转动惯量（如高速旋转的飞轮），并且分析涉及旋转动力学或包含转动自由度的模态，那么仅定义质量点会丢失这部分惯性效应，导致结果不准确（Workbench 支持定义转动惯量，但需要用户手动输入）。

• 连接点位置选择敏感性： 质量点的效果高度依赖于它被放置在哪个位置。放置位置不准确（例如，质心位置不对）会引入额外的力矩，影响计算结果。

 2. 对计算时间的影响 (通常是正面影响 - 减少计算时间)

• 显著减少网格单元和节点数： 这是使用质量点最主要的优势之一。用一个或几个质量点代替一个复杂的实体部件（可能需要成千上万个单元来网格化），可以大幅减少模型的总体自由度。

• 缩短求解时间：

• 线性静态分析： 刚度矩阵规模减小，求解速度加快。

• 模态分析： 需要提取的特征值问题规模减小，求解模态的速度大大加快。这是使用质量点最常见的场景和主要动机。

• 显式动力学分析： 计算时间与节点数强相关，减少节点数能显著缩短计算时间。

• 简化模型： 模型更简洁，更容易设置和管理。

3.总结与建议