各位好，想请问在使用ANSYS Static Structure分析时，能否得知发散的结果是因为
刚体运动而导致还是非线性收敛问题导致?
举例子:
https://imgur.com/9xQVNC1
https://imgur.com/9uixa3P
给定一个力推动这个物体，给定摩擦系数
假设今天我想知道多大的摩擦系数能使此物体被推动，因为在静态分析下物体发生运动
会发散掉，但是也有可能是物体和地面的接触非线性设置不良(载荷步分不够细、网格、
接触刚度设定过大....)
想知道有没有什么方法能确定发散一定是刚体运动所导致的?
像是产生刚体运动会有一定会出现的Error讯息?
当然第一个例子是可以手算解的就是，想以不手算的情况下用ANSYS解

用模态分析看有没有很小的共振频率

对振动、模态较不熟，印象中是是运动方程式的特征根频率?想请问模态跟刚体运动有什么关系?

摩擦力没办法用modal analysis检查，如果是担心摩擦力不足可以把接触模型的切线方向改为rough，如果还是无法求解就是接触力平衡的问题

我是想设摩擦系数是变量，看看随着摩擦系数的增减来看是否会产生刚体位移设成rough只能检查摩擦系数无限大的情形了

哪建议使用动态求解

想请问建议哪个模组？ 动态的不熟

transient structure或是explicit dynamics如果只有static模组可以用，用一种方式是加weak spring

打开weak spring好像不管有没有运动他都会跳出可能有施加weak spring的警告(..May be uncontrained)可能仅靠摩擦力constrain他无法侦测

其实这个题目比较适合用刚体运动模组来算，不用有限元素，类似adams或CAD软件很多现在也有pro/e(mechanism)有线元素算刚体运动问题CP值太低，强项不是这个

原PO应该是想解一般的弹性力学问题，但会遇上不收敛却不知道该设多大的摩擦系数才能解出来。加weak spring主要是可以解决因为刚体运动导致发散，你可以看模型的外加能量跟内能的比例来判断模型是否有刚体运动

加weak spring能够保证不产生刚体运动吗? 不好意思不懂外能内能，是指外力做功? 这些要从哪看呢?

就是静态题目很难算会刚体运动的问题，要加一些边界来避免，或是要选择拟静态(implicit dynamic)来算，也可以说是动态刚碰触有限元素题目确实容易造成静态或动态问题的困扰，静态问题也可以用动态求解，动态问题也可以用就静态解，但是不是适合在于求解题目和假设条件

有看了些隐式的算法(Namark积分)，它可以解动态，但对于刚体运动(物体会跑到无限远)的问题它是否可解我有点怀疑，有接触(非线性行为)的问题似乎时间增量也会影响收敛与否。怕产生更多问题才想使用静态看能不能解看来似乎没那么容易...

这也是有限元素门槛，定义问题和决定求解方式

这边要订正一下，拟静态(Quasi-static)指的是用动态来解静态问题，求解法可以是implicit也可以是explicit。然后理论上implicit本来就可以直接求解governing eq.所以当然可以解动态问题，只是不容易收敛而已。相比之下explicit因为是微分法，所以比较没有收敛的问题，才会比较常用来解暂态的动态问题。weak spring因为是求解器额外加入的劲度，会产生Artificialenergy，当这个能量越大，代表求解器加入越大的劲度来抵抗rigidbody motion，也就是摩擦力不足达成静力平衡的意思。

赞，长知识，我真的很常用Quasi来算implicit问题,也用implicit来算长时间的transient问题(超过80ms)

感谢，Artificial energy是从solution那边insert吗?weak spring的刚度我是program control，能量的大小要怎么衡量呢?weak spring一定能阻止刚体运动吗？

你看可不可以请g大帮忙设定ansys模型，因为有时候说的方法不一定可以配合软件设定但一定有变通方式

很抱歉，我手边没有ANSYS，我转成ABAQUS使用者有一段时间了，虽然我以前是用ANSYS。你可能要查一下help，通常enery是在后处理里面可以输出，可以选择输出内能、人造能和总能，然后看比例是多少。至于weak spring是不是一定能解决刚体运动，我记得他有一个ratio，这个增加的劲度是由这个ratio控制，所以如果外力超过这个spring能提供的反力，一样是不能收敛。

我也是abaqus使用者，原po可能自己要依照建议试试看吧…数值方法和解析解会有差异正常，但要能解释，数值问题通常要工程问题考虑进来但这和解析解数学问题并不太一样所以要把课本的题目用数值方法解当然可以，但有些边界条件要合理假设，才有办法把数值逼近解接近数学解析解

谢谢，我有时间在细读隐式和显式，我看了mechanical userguide没看到关于weak spring能量的东西，但网络上有查到接触可以设定阻尼，功能类似weak spring，不知道您说的是不是这个

contact damping应该适用在normal方向帮助收敛，对摩擦力应该没有帮助。如果真的找不到输出能量的方式，可以自己建一个1D-的spring元素，并观察该元素的位移，就能知道大概需要多少外力的辅助才能达成静力平衡。

我觉得问题的顺序有点怪，解刚体运动跟设摩擦系数应该是两件事情，会需要解刚体运动的问题都是他本身不该有刚体运动的情况，而不是在本来的运动模型就有刚体运动时，强迫使他变成没有，主要的原因还是静态求解没有质量项，所以只要有一点点力不平衡就会产生无穷大的位移。建议您在详细描述您的目的是什么会比较好去给建议顺带一提 摩擦力接触在线性动力学里面会自动转成BONDED(or Tie 各家软件名称不同)

回s大，我主要想了解摩擦力和我施加的外力不平衡时，所对应的摩擦系数的大小。根据我阅读的文献，物体与接触面在完全滑动前先是会有部分区域的滑动(sliding)，当我外力逐渐再加大(或是摩擦力再更小)，则整个接触面所有区域便会变成所有区域皆为滑动，而ANSYS可以显示有哪些节点处于滑动(sliding)，哪些节点处于未滑动(sticking)，所以才想用ANSYS解。第一个图应该比较好理解，第二个图可以想成两个不平行的夹子夹住一个圆形的物体，而摩擦系数的多寡、力的大小、夹子偏转的角度是否影响圆形物体会不会整个滑掉，我主要想观察这个。另外想请问线性动力学的"线性"是指什么关系的线性? 所对应的ANSYS的模组又是哪一个? 怕之后会错用模组。主要是想做第二个例子，想在静态解是因为不希望考虑到质量的问题，变量维持在摩擦系数、外力大小、角度。

先回应您第二个问题，所有有限元的振动模组，包含Harmonic, random vibration, spectrum都是线性动力学里面的几何 材料 接触 都必须维持线性条件才行，即使你在某些软件有输入非线性性质，他也必须转为线性，否则会与理论冲突。至于第一点，但这种情况下，摩擦系数应该是在接口材料决定后就确定了才对，感觉上部分滑动部分无滑动的变量应该是正向力的差异，但或许我有误会您的意思。

材料部分是希望让夹子部分非常硬(可E为圆形物件的100倍)至于圆形物件是什么材料，我这题是从一些书上范例衍伸过来的，但题目无提供摩擦系数，我就自己设定了，或许这样不太实。圆形物件的E为书上提供。因为我没设重力，正向力主要是由外力F及偏转角度来决定。但摩擦力的大小除了正向力也会受到摩擦系数的影响，所以想先以外力、角度、摩擦系数作为变量去试，目前是想先固定外力及角度，仅以摩擦系数作为变量来去分析。

所以您是想在其他边界条件固定的情况下，决定要多大的摩擦系数才会达到“静力”平衡吗？

是的。我s大猜您说的边界指的是角度、外力。

其实这件事是不存在的，实际物理上静摩擦力并非正向力袤R乘上静摩擦系数，而是等于外力，跟静摩擦系数有关的是最大静摩擦力才对，但有限元软件无法完整呈现这情况。建议您直接设成rough即可

我试着画FBD，似乎在Mz无法平衡，可能我漏掉了什么https://imgur.com/H1mmYmI之前有试着跑跑看分析，发现摩擦系数的大小确实会影响发散与否。回s大，但我可以试着用摩擦系数去决定最大静摩擦力的大小来去确定我至少需要多少的摩擦系数才能平衡，这样软件做不到吗?

圆球不会平衡没错啊。无滑动的状况会变成纯滚动。你的条件并不是一个静力平衡的问题，跟摩擦系数无关。

楼上g大正解，而且你这就算平衡了在静力分析下还是没解

感谢两位，所以只要有角度，这颗球要嘛 1.纯滚动 2.滚动+滑动永远无法平衡？

这是很基础的滚动问题，你可以翻一下动力学课本点接触的情况下，力学上不会静力平衡。这个问题要能够静力平衡，要把接触位置从一个点变成一个小面，然后要考虑重力，重力大到某个程度时，重力的力矩能够抵抗推力的力矩就会平衡。

据我所知球会与夹子产生一个很小的接触区域，但这样还能算是点接触吗?若不考虑重力，这个微小的接触面如力的分布不是对称的

你用库摩擦伦模型，他就是假设点接触。

是否有可能让力矩平衡掉?

如果要考虑接触面积(真实摩擦系统)，要用特殊的摩擦模型去

了解，难怪之前所学的摩擦是不考虑接触面积的印象中ANSYS是使用类似库伦摩擦去近似库伦摩擦。有什么办法能使用g大您说的 真实摩擦系统 吗?

这部分我不清楚，可以找做轮胎摩擦力相关的文献看看

了解，表面profile以及接触面积不在库伦摩擦的考量内。

我发现我前面的留言后段没跑出来XD我是要说这题就算你真的打到静力平衡了，在有限元静态分析中，还是会产生刚体运动。必须给上适当的位移constrain

您是指有限元计算上会有舍入误差导致合力无法=0吗?

数值分析本来就没有真正的相等，你又是用静态分析(0质量)所以只要有一点点残力就可以飞到无穷远

很久没看到技术方面讨论的如此热烈 赞赞