固定支撐是在結構有限元中，大家最常用的一種約束條件了。如圖1所示給出了設置固定支撐操作的方法。

圖1 設置固定支撐操作方法

固定支撐約束，可以應用在點，線和面特征上。固定支撐表示被約束為位置為剛性，但是在現實工程結構中，根本不存在完全剛性的約束，因此固定支撐約束是一種理想約束。在實際計算中，用戶應該注意以下幾點：

1、固定約束附近的應力不準確，不能作為產品強度評估的依據

這個理論依據是圣維南原理，其實固定約束是一種等效約束，它會約束附近的應力有顯著影響，但是遠離約束位置的應力時可信的。如圖2給出了拉伸載荷作用下的軸的有限元計算模型，該模型的截面積1.2503e-005m^2,軸力為10N，則軸向應力7.99e5Pa。

圖2 拉伸載荷作用下的軸的有限元計算模型

圖3給出了軸向應力云圖，通過計算結果發現，固定約束位置的應力明顯大于理論解答，而遠離固定支撐的位置與理論解基本一致，大約為7.96e5Pa，但是目前固定支撐約束的影響范圍，目前還無法通過理論確定，因此在工程應用中，需要進行數據對比確定合理的計算結果。

圖3 軸向應力云圖

2、固定支撐約束附近不要進行網格細化

因為隨著網格細化，固定支撐約束位置的應力是奇異的。如圖4給出了多次細化后的軸向應力云圖，由圖可知，細化后，固定支撐約束位置的應力迅速上升。

圖4 多次細化后的軸向應力云圖

圖5 節點數量與最大應力關系曲線

圖5給出了節點數量與最大應力關系的曲線，由曲線可知，最大應力即固定支撐約束位置的應力，隨著網格細化，應力值迅速上升，表現為應力奇異，再由圖4可知，這種影響只存在固定支撐約束附近，遠離固定支撐約束位置的應力與理論解還是一致的。所以如果，直接使用細化網格后的固定支撐約束位置的應力對結構進行強度評價，顯然就是錯誤的，因為有限元計算得到應力解，在某些位置上，有時是虛假的，不能直接使用。

3、固定支撐約束避免在熱應力計算中直接使用

固定支撐約束避免在熱應力計算中直接使用，否則會在固定支撐約束位置，造成錯誤過大的熱應力。

通過以上分析可知，要想將有限元軟件應用到實際的產品設計和優化中，除了掌握軟件的基本操作外，用戶更需要積累和消化的是力學理論，否則就極有可能造成將錯誤的計算結果應用到產品設計中。

原文標題：固定支撐約束在ANSYS有限元計算中的三大注意事項

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責任編輯：haq