Mechanical APDL与Workbench在实体表面施加力矩的方法对比

本文摘要（由AI生成）：

本文比较了在ANSYS Mechanical APDL和ANSYS Workbench中给实体表面施加力矩的实现过程和计算结果。在Mechanical APDL中，采用基于接触的MPC约束方程的方法，在Workbench的Mechanical组件中施加力矩的方法则比较简洁。计算完成后的变形等值线图和梁端的最大挠度计算结果汇总如下。结果表明，Mechanical APDL与Workbench的变形计算结果是一致的，也都是正确的。Workbench的Mechanical组件在施加Moment的时候，实质上也同样是采用了基于接触单元的MPC约束方程。

本文以一个梁的变形问题为例，比较在ANSYS Mechanical APDL以及ANSYS Workbench中给实体表面施加力矩的实现过程和计算结果。

首先来看Mechanical APDL。

采用SOLID186单元创建一个矩形梁结构，尺寸为100mm×100mm×1000mm，在实体梁的自由端面施加一个力矩1e6Nmm的力矩，采用基于接触的MPC约束方程的方法，大致可按如下步骤来实现（方法并不唯一，可有多种不同的方法）：

a.在自由的端面中心位置创建一个关键点。

b.打开接触向导并选择“Pilot Only”并单击Next。

c.选择“pick free keyponit…”并单击Next。

d.选择“Node-to-surface”并按下“pick contact…”按钮选择右端面。

e.按下“Create”按钮创建MPC接触约束方程。

f.在上面建立的关键点上用FK命令施加力矩，也可直接在接触向导中读取Pilot Node号，用F命令在此节点上施加力矩。

施加力矩后的效果如下图所示（用双箭头表示力矩的方向），梁将在此力矩作用下受弯。

在Mechanical APDL中计算完成后得到的变形等值线图如下图所示。

在Workbench的Mechanical组件中施加力矩的方法则比较简洁，直接选择Moment并施加于右端面即可，施加约束及力矩的效果如下图所示。

计算完成后的变形等值线图如下图所示。

梁端的最大挠度（弯曲平面内）可近似按如下材料力学公式计算，即：

Mechanical APDL、Workbench及上述理论公式计算的变形结果汇总如下

由此可见，Mechanical APDL与Workbench的变形计算结果是一致的也都是正确的。Workbench的Mechanical组件在施加Moment的时候，实质上也同样是采用了基于接触单元的MPC约束方程，这可以通过查看工作路径下的dat文件的内容而得到证实。