作用在面上的Force到底是集中力还是分布力？

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。

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。

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，比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。