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作用在面上的Force到底是集中力还是分布力?

6月前浏览14765

本文摘要(由AI生成):

本文比较了ANSYS Workbench Mechanical组件中Force和Pressure荷载类型在施加到面上的差异。通过模拟矩形板在不同荷载下的变形和支反力,发现小变形时两者效果相似,但大变形时差异显著。Pressure为跟随荷载,随结构变形调整方向,导致水平支反力分量显著;而Force不随变形改变方向,仅有竖向支反力分量。因此,在分析大变形时,Force和Pressure荷载的性质差异可能导致计算结果显著不同,需特别注意。


本文原发于微 信公 众号 洞察FEA ,现转发于仿真秀平台。

在ANSYS Workbench的Mechanical组件中,有一种荷载类型叫做Force,一般情况下用于施加集中荷载,但是细心的用户可能发现,这个Force类型的荷载不仅可以施加到点上,也可以施加到面上。那么在后一种情况下,施加Force和Force/Area的表面荷载有什么不同之处呢?

我们建立一个1m×1m×0.005m的矩形板并固定板的一边,分别计算施加Force和Pressure作用的情况。

在kg-m-s单位系统中,显然有:

Pressure=Force/Area=Force,

即Force和Area在数值上相等。

在小变形情况下,计算Force=500N和Pressure=500Pa作用下的结构变形列于下表中。

荷载类型

Force作用

Pressure作用

板最大挠度

(m)

2.8157e-2

2.8157e-2

由上述计算结果可知:

小变形条件下,Force和Pressure的作用效果是相同。

在大变形情况下,分别计算Force=500N、5000N两种情况,以及Pressure=500Pa、5000Pa两种情况,计算结果汇总列于下表中。

荷载类型

Force作用

Pressure作用

荷载数值=500的变形(m)

2.7980e-2

2.79991e-2

荷载数值=5000的变形(m)

2.6278e-1

2.27209e-1

由上述计算结果可知:

在大变形条件下:

Force作用情况下,荷载数值为500时板最大变形为2.7980e-2m,比不考虑几何非线性的结果稍小;荷载由500增大至5000时,变形增加为9.39倍,小于10倍。

Pressure作用的情况下,荷载数值为100时板的最大变形为2.7991m,不考虑几何非线性的结果也稍小荷载由500增大至5000时,变形增加为9.72倍,也同样小于10倍

大变形情况下,荷载数值为5000时,作用Force时的结构支反力如图所示:


大变形情况下,荷载数值为5000时,作用Pressure时的结构支反力如图所示:


由此可见,在大变形条件下,Force和Pressure的数值相等时,变形以及支反力结果差异显著。Pressure为跟随荷载,在结构发生大变形时,会跟踪变形后的表面法向,因此出现了显著的水平支反力分量。Force不是跟随荷载,在大变形条件下依然保持初始的方向,因此仅有竖向的支反力分量。由于Force和Pressure荷载性质的不同,造成计算结果的显著不同。

通过上述算例讨论可知:Force作用在面上时不再是集中荷载,但是与一般意义上的分布荷载Pressure也是有显著差异的,尤其是在大变形分析中,这一点需要引起分析人员的注意。


MechanicalWorkbench结构基础静力学核能轨道交通汽车叶轮机械理论
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首次发布时间:2020-03-15
最近编辑:6月前
尚晓江
博士 | 博士 技术专家 海内存知己,天涯若比邻
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未登录
6条评论
俾斯麦上的奥斯卡
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3年前
一目了然
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尹熙文
好好学,好好看
3年前
我是来水评论混优惠券的
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神经蛙
签名征集中
4年前
老师您好,请问您固定方式是哪一种?,我做的仿真,支反力都是垂直向上
回复 1条回复
无知的老王
一二三的壹
4年前
这个误差在能接受吧
回复 1条回复
神经蛙
签名征集中
4年前
笔误,应该是pressure和force,数值相等
回复 1条回复
  项~
弱水三千,可着一瓢饮
4年前
圣维南原理是不是就讲这个
回复 1条回复
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