大多數工程結構由許多部件組成，因此，準確地定義組件之間的交互對于準確預測行為至關重要。對于大多數情況，在Ansys Mechanical中分析它們時，我們可以使用接觸來建立零件之間的關系。接觸元件根據指定的接觸行為在零件之間傳遞力，例如粘合、無分離、摩擦、無摩擦或粗糙。

然而，使用接觸的計算成本很高，因此，在某些情況下，我們希望以更有效的方式表示零件交互。例如，懸架系統、后軸、挖掘機臂等組件包括零件之間不同類型的動力學行為，我們可以通過彈簧、梁連接和接頭等簡化連接來捕獲零件之間的交互，而無需通過接觸元素對詳細交互進行建模。

在處理大型裝配體時，在零件之間使用此類動力學約束是一種計算高效的方法。然而，新用戶一開始可能會發現彈簧(Spring)、梁(Beam)和接頭(Joint)的行為令人困惑。在本講座中，我們將幫助您了解差異以及何時使用這些連接而不是接觸。

彈簧、梁和接頭幫助我們整合連接的結構特征，而無需進行詳細計算，從而實現工程精度和效率的平衡。盡管這些連接簡化了零件之間的動力學約束，但它比通過接觸對詳細零件進行建模要有效得多。

在所有這些連接中，我們利用機械中的“遠程點”(Remote Points)。本質上，我們將要分析的幾何體的多個自由度減少到單個節點或遠程點，該節點或遠程點最多具有 6 個自由度 —三個平移和三個旋轉。

然后，我們可以使用彈簧、梁或接頭連接將兩個遠程點“連接在一起”。

這些連接可用于將兩個本體連接在一起(body-to-body)或將一個本體連接到地面(body-to-ground)。如果是本體與地面連接，則一個遠程點位于本體上，而另一個遠程點接地。由于自由度降低，這些連接使得兩個部件之間連接更簡單但更有效。

讓我們先從彈簧連接開始。我相信大家一定見過彈簧，因為它是許多應用中最常見的機械部件之一。

彈簧可以定義為一種彈性元件，它在受到負載時儲存能量，并在負載消除時恢復其原始形狀。當彈簧在 Ansys Mechanical 中用作連接時，可提供一種簡化而高效的方法來對系統中的物理彈簧進行建模。Spring 連接有助于減少預處理時間以及模擬組件中彈簧 3D 模型所涉及的計算成本。

在 Ansys Mechanical 中，彈簧可以定義縱向彈簧，其力的大小取決于線性位移。彈簧的重要特性之一是其剛度，其定義為彈簧抵抗所施加載荷的能力。對于縱向彈簧，剛度是在一個方向（即縱向）上定義的。

彈簧連接可用于將兩個本體連接在一起，或將一個本體連接到地面。本體接地類型的連接可用于將零件與地面連接，或者將一個零件與另一個未包含在分析中但仍代表彈簧連接另一端的零件連接。

盡管彈簧連接可用于對系統中的實際螺旋彈簧進行建模，但它也可用于對具有主要作用于一個方向的剛度的任何組件的行為進行建模。例如，如果您想要對自行車剎車桿進行線性應力分析，而不對連接剎車桿和剎車片的線纜進行建模，則仍然可以通過以彈簧連接的形式來解釋線纜的影響。

作為一名工程師，您可能有興趣了解彈簧兩端之間的伸長率或相對位移。這可以使用稱為彈簧探針(Spring Probe)的結果輕松確定。只需將彈簧連接拖放到結果樹上即可。這將自動添加彈簧探針結果。

除了彈簧伸長率之外，您還可以從同一彈簧探針結果中了解沿彈簧長度作用的彈性力。該彈力是彈簧剛度和伸長率的乘積。

下面我們通過一個實例來介紹如何在Ansys Mechanical中建立彈簧連接。如下圖所示一個減震裝置，彈簧的彈性系數為10N/mm，求柱塞在受到30N力時候的受力情況。

在Connection中插入彈簧-> Body to Body，將彈性系數設為10N/mm。

選擇容器的底面和柱塞的地方作為參考平面，生成彈簧如下：

插入Transtional連接，選擇容器外圓柱面和柱塞外圓柱面，確保柱塞只能沿著中心軸移動。

將容器底面設為固定約束：

在柱塞上施加一個30N的推力：

生成網格，求解并查看結果。

變形結果，總變形為3mm，同理論計算結果一致：

應力結果：

將彈簧拉到結果中可以自動生成Spring Probe，查看彈力為30N,變形為3mm。

審核編輯：湯梓紅