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作用在面上的Force到底是集中力还是分布力?

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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,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:

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作用在面上的Force到底是集中力还是分布力?

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