ANSYS边界条件概述
导读
很多人都说仿真难、仿真不准。实际上，仿真是把工程问题转化物理数学问题过程，将真实具体的工程问题等效或简化为合适的物理问题，用数学公式表达出来，通过数值计算完成求解。而整个过程中的难点或者不精确的地方主要来自问题的转换以及其中的简化。
做仿真并不是拿到问题马上就建模求解，充分的理解问题并建立恰当的模型方能做到事半功倍。对于结构仿真来讲，许多地方与实际工程问题存在不可避免的差异，边界条件是其中很重要的一部分。工程问题中不存在边界，结构之间通过各种形式相互作用，仿真中以各种边界条件等效相似的作用，选用何种边界条件往往对仿真结果会产生极大的影响。
想要做好结构仿真，了解各种类型的边界条件，掌握其中的差异和配合是提高仿真结果精度的重要方式之一。
对于有限元仿真，首先直接参与数值计算的是单元节点，边界条件的实现也是通过这些节点的自由度来体现的，掌握这个根本再了解各种边界条件将会简单很多，如固定边界条件约束了对应节点的全部自由度。
不同的软件对于边界条件有各自的分类，本质都是对节点自由度的控制。通过固化的节点自由度组合形成常用的几种边界条件。ANSYS软件当中也有许多边界条件，如果对边界条件的本质来讲，那么完全可以通过适当的组合形成自己想要的任意边界条件。
这里我们解释几个常用的边界类型：
Fixed Support全约束：全部自由度
Displacement位移约束:平动自由度
Elastic Support弹性支撑：以刚度形式约束，类似弹簧施加法向压力
Frictionless Support法向约束：面的法向上无移动
Cylindrical Support圆柱约束：圆柱面的轴向、径向及切向约束
Compression Only Support只压缩约束：只承受法向压力，不承受法向拉力
实际使用时对这些约束无需完全记住，只需要观察使用时可以控制的自由度即可。
我们以一个案例来说明Compression Only Support只压缩约束的使用和效果
比较CompressionOnlySupport和接触的悬臂梁受压分析：
模型为一根悬臂梁，等分为三段：左端面固定支撑约束端面全部自由度，中间段上表面和右段下表面施加CompressionOnlySupport约束为工况1，以固定的刚体做无摩擦接触对的限制为工况2。两工况的载荷均为右段上表面施加压力。
为了得到准确的结果，需对CompressionOnlySupport做进一步设置，将刚度更新频率改为每一个迭代步；两个工况以同一模型为基础，通过Contact step Control令接触失效（这一功能可以实现不同载荷步内对接触对的控制），也可以重新设置，共享相同材料和几何，抑制两个刚体来实现同样的效果。
此外，为了结果输出接触力，以便与CompressionOnlySupport的支反力比较，需要在分析设置中将Contact Miscellaneous接触杂项打开（YES），这样在支反力输出时可以直接输出接触对之间的作用力。
比较两种工况的应力、变形和支反力，如下图：
应力云图
变形云图
支反力数值
左图为接触区域
右图为CompressionOnlySupport
从这个验证案例的结果，我们看到以刚体做限制，通过无摩擦接触时时更新接触刚度，其效果与CompressionOnlySupport完全一致。这样也解释了CompressionOnlySupport约束的实际意义相当于与一刚体做了无摩擦约束。其它约束也可以通过类似方案去验证。
准确建模是仿真结果准确的必要条件，理解各个边界条件的含义并正确使用是仿真工程师的重要职责。不同仿真软件，各种各样的边界条件，实质上都是对节点自由度的控制。深入的理解仿真理论才能更好的使用仿真软件解决工程问题。
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