CABLE280單元是ANSYS 2020R1新推出的纜索單元，可以用來模擬拉索和電纜等中等至極細的以軸力為主的結構，廣泛地應用于海洋平臺、建筑和機械行業。

 

與其他線體單元（如LINK 180、BEAM 188、BEAM 189等）相比，CABLE 280采用了高階形函數，能實現良好的網格收斂性和較粗單元下良好的計算精度。

 

CABLE280是三維的二次三節點線單元，單元幾何構成圖中包括I、J、K、L四個節點，其中節點L為方位節點，可省略。每個節點有三個自由度：節點x、y和z方向的平動。即其不受彎矩，只有平移自由度，計算效率高。

 

▲ 圖1. CABLE280 Geometry

 

1、CABLE280是基于混合位移和軸力(U-F)函數：位移采用二階近似，軸力采用一階線性近似。當求解高度非線性的靜力學或動力學問題時，需要使用迭代求解（NLGEOM,ON）。

 

2、CABLE280支持彈性、等向硬化、隨動硬化、Chaboche硬化和蠕變；支持附加質量、阻尼、抗壓剛度折減、粘性正則化和初始狀態。

 

l  附加質量：可以對單元添加單位長度的質量（SECCONT ROL，ADDMAS）。

 

l  阻尼：可以定義非線性的阻尼系數（SECCONT ROL,,,CV1,CV2），用于表征流體環境的非線性阻尼效應特性。

 

l  抗壓剛度折減：纜索非常柔軟幾乎不能受壓，實際抗壓剛度比較小，以抗拉剛度（EA）乘于系數進行折減。

 

l  粘性正則化：纜索在受壓和受拉狀態之間切換，因為剛度不連續，可能出現的收斂困難。單元使用粘性正則化幫助收斂。

 

l  初始狀態：設置初始應力或初始應變，以保證求解的魯棒性。因為柔軟纜索側向剛度非常依賴軸力，若無初始應力或初始應變，總剛矩陣可能奇異，計算無法收斂。

 

應用舉例

 

用Cable280單元簡單模擬鉸車卷揚線纜過程

 

模型

 

建立一個內徑1000mm，外徑1200mm，寬500的實體環柱用于模擬絞車卷筒，長8000mm的線用于模擬線纜，在卷筒中心位置建立一個Keypoint。

 

其中：

 

l  卷筒外表面分割出一小塊，將用于與線纜端綁定約束，模擬繩卡固定。

l  卷筒內表面與中心點建立多點約束綁定，卷筒將繞中心轉動，以方便施加約束。

l  繩索與卷筒外表面建立摩擦接觸，以模擬卷纜過程。

 

假定卷筒材料為結構鋼，線纜材料為聚乙烯。

 

用Solid185單元來劃分卷筒，

 

用Cable280單元來劃分線纜。

 

▲ 圖2. 幾何模型

 

▲ 圖3. 有限元模型

 

材料屬性

 

 

邊界條件與加載

 

1、中心點：

Ux=0，Uy=0，Uz=0，ROTx=0，ROTy=0， ROTz=12.566(卷纜兩周)

 

2、線纜端點：

Fx=100，Uy=0，Uz=60（排纜側向位移），ROTx=0，ROTy=0，ROTz=0

 

位移結果動畫