固定支撑约束在有限元计算中的使用建议

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用户最常用的一种约束方式就是固定支撑约束。如图1所示给出了设置固定支撑操作的方法。

图1 设置固定支撑操作方法

固定支撑约束，用户可以应用在点，线和面特征上。固定支撑表示被约束为位置为刚性，但是在现实工程结构中，根本不存在完全刚性的约束，因此固定支撑约束是一种理想约束。在实际计算中，用户应该注意以下几点：

（1）固定约束附近的应力不准确，不能作为产品强度评估的依据，这个理论依据是圣维南原理，其实固定约束是一种等效约束，它会约束附近的应力有显著影响，但是远离约束位置的应力时可信的。如图2给出了拉伸载荷作用下的轴的有限元计算模型，该模型的截面积1.2503e-005m^2,轴力为10N，则轴向应力7.99e5Pa。

图2 拉伸载荷作用下的轴的有限元计算模型

如图3给出了轴向应力云图，通过计算结果发现，固定约束位置的应力明显大于理论解，而远离固定支撑的位置与理论解基本一致，大约为7.96e5Pa，但是目前固定支撑约束的影响范围，还无法通过理论确定，因此在工程应用中，需要进行数据对比确定合理的计算结果。

图3 轴向应力云图

（2）固定支撑约束附近不要进行网格细化，因为随着网格细化，固定支撑约束位置的应力是奇异的。

（3）固定支撑约束避免在热应力计算中直接使用，否则会在固定支撑约束位置，造成错误过大的热应力。

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首次发布时间：2021-03-04