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有限元仿真分析误差来源之边界条件，约束和point mass
导读：前不久，我在这里分享了一篇《有限元仿真分析误差来源之材料参数设置，小心为妙》的文章，引发了同行们的关注和讨论。在此感谢仿真秀平台讲师们的批评和指正，一起认真交流技术和进步。今天我将继续带来关于边界条件设置相关讨论，希望能够抛砖引玉，激发大家的学习兴趣。
由于边界条件需要注意的点比较多，因此，我打算分多次来说明，这篇文章就从约束和point mass的角度来分析有限元计算误差来源。
一、约束
约束是有限元仿真建模的基础，很多同学都觉得约束设置没有什么值得思考的，但是仔细推敲实际上并不简单。还是拉杆问题，一根直径为0.06m，长0.5m的杆件，受拉力 100000N，如下图所示。
图 1拉杆简图
够简单吧，一般的同学可能直接约束底面的六个自由度，在workbench中就是Fixed support。然后计算的结果如下。
图 2应力云图
从云图上看最大应力62.5MPa，比理论计算值35.3MPa大了将近77%。而且应力分布也不正常，底面周围应力值很大，中间应力值小，按理论分析应力应该是均匀的才对。
为什么会造成这种计算结果？主要是因为受拉杆件的截面是会收缩的，而Fixed support将底面的所有节点的的所有自由度都置零。这样底面就无法收缩，在底面的周围就会产生较大应力。
如果采用displacement将底面的轴向的自由度置零，看下仿真结果。
图 3应力云图
从云图上看结果和理论计算一致为35.3MPa，应力分布也是均匀的。还有一种约束形式workbench中的remote point，翻译过来可以叫远点约束，可以用remote point关联相关节点的自由度，并将该节点的六个自由度置0，计算结果如下。
图 4应力云图
可以看出和displacement约束下的计算结果相同，这个结果看似正确，但仔细推敲下，还是里面还有值得思考的问题。
笔者我以前认为remote point是将底面所有节点通过刚体单元连接到一个参考点上，但如果是这样应该和图2显示的计算结果是一样的。
我们用hyperworks来试验下。将底面的节点使用rb2也就是刚体单元，连接到一个参考点上，将该参考点的六个自由度都置0，如下所示。
图 5约束
得到底面应力云图如下所示。
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有限元仿真分析误差来源之边界条件，约束和point mass
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