Workbench案例——如何施加单向约束

1 前言

动力管道的应力分析常用的软件有CEASAR II、SYSPIPE等，这些通常都是针对大型管系的分析，或者可以说是系统层级的分析。以CEASAR II为例，它可以对节点的某个坐标轴的单向进行约束条件设置，比如+x，-x等。而Workbench更像是部件级的分析，通常不会对大型管系进行三维建模后开展分析计算，它可以说是一个放大镜，对某个局部进行更为详细的分析。我们发现，在Workbench里面并没有直接对某个坐标轴的单向进行约束设置的功能，比如Displacement边界的x、y、z约束的是x、y、z的双向，在某些情况下，我们可能需要只在某一个单向进行约束，比如下图的限位功能，中间的部件受拉时变形会被约束（+x方向变形），而受压变形时自由（-x方向变形）。此时该怎么设置呢？今天我们来讨论一下。

2 处理建议

我想大多数用户第一时间想到了一个边界条件可以满足上面的需求，那就是Compression Only Support，该约束在后台会为你选中的表面创建一个“不可见的刚性面”，并与你的模型形成无摩擦接触。这个接触只传递压缩法向力，因此模型可以沿约束面的法向分离，但无法穿透，这个边界条件只能施加在面上，它本质上是个非线性接触边界，求解时需要迭代。

今天，我们讨论的是一个间接的处理方法，那就是采用仅受拉或者仅受压的link/truss单元来模拟这个单向约束。这个单元的具体用法可以参考我们之前的一个案例，《基于workbench的物体吊装计算》（2022年11月13日推文）。

在Workbench的DM创建如下的多体线体部件，注意是线体部件，下图显示了截面。其中，左边两段为柔性梁单元，右边小段为仅受拉的link/truss单元。

设置如下的边界条件，在位置c施加右向力后，梁会发生向右的形变，右边的小段是要承受压力的，进而在B处产生约束反力，而link/truss是仅受拉的，无法传递压力，因此B处的反力为0。这也是间接在beam2的右端施加了一个-x方向的约束，+x可以自由变形。

本案例有一个至关重要的设置，那就是选用link/truss单元时，一定要打开大变形选项，否则系统会弹出警告，并且无法实现仅受压或受拉的预期计算结果。