ABAQUS 彈簧單元的應用
模型概況:建立兩個一模一樣的圓盤,直徑 1m。建好后,用 partition 命令分割成如下圖所示,這樣比較好加彈簧,網格劃分也會更規則。兩個圓盤平行,相距 5m,用彈簧單元連接。

圓盤選擇 3D——Deformable——shell——planar,然后用畫圓的命令畫一個半徑 0.5m的圓盤即可。重復上述操作,畫出第二個圓盤。

進入 property 模塊,設置圓盤的材料參數:模型采用線彈性即可,最簡單方便,參數如下:彈性模量 2e11, 泊松比 0.2。

然后,建立截面,賦予截面,模型變為綠色,表示已經將定義的截面賦予了圓盤。注意:兩個圓盤都要賦予。
Assembly 是比較關鍵的一步,在這一步中將使兩個圓盤距離變為 5m(最初建模時是疊加在一起的,當然也可以建模時就設定好距離,但是這樣比較麻煩,個人覺得還是用 assembly更加直觀方便)。
創建一個 instance ,把兩個 part 都選中,此時兩個 part 是重疊的,點擊 ok。用平移按鈕 ,只要移動圓盤上一個點的坐標,就可以實現整個圓盤的平移,具體操作為:選中一個圓盤,輸入要移動的點的坐標(0,0,0),如下圖:

再輸入平移后的坐標(0,0,5),平移完成如下圖

進入 step 模塊,建立一個 step,static,一切選擇默認即可。
接下來要在兩個圓盤之間用彈簧連接。進入 interaction 模塊,選擇工具條中的 Special——Springs/Dashpots,創建新的彈簧。ABAQUS 里面的彈簧有兩點間的彈簧和接地的彈簧,這里我們選擇兩點間的彈簧,如下圖

然后軟件讓你選擇彈簧的第一個點和第二個點,由于我們事先已經分割好 part 了,就直接對應的添加就行了。彈簧剛度設為 5e6,你也可以設置阻尼(Dashpot coefficient),不過本例中只涉及線性彈簧。每添加完一對彈簧就點下圖右邊的 Add pairs,就能繼續添加,最后加好了就是下面的樣子(一共建立了 17 對彈簧,包括 16 對位于圓盤邊上的和 1 對位于圓盤中心點的):

接下來為最下面的圓盤設置接地的彈簧。此時可以選擇在全局坐標系或者局部坐標系中添加,我們先用全局坐標系添加。
選擇圓盤邊緣的所有點,然后點擊 done,可以看到下圖中 orientation 為 global,這就是全局坐標系,如果要用到局部坐標系,可以點擊 edit 選擇或者 creat 新建一個你想要的局部坐標系。

如何建立局部坐標系呢?方法如下(不需要的可以不看)
在上圖的坐標系選項 orientation 中點擊 creat 后出現如下對話框:

選擇默認的 rectangular 即可,點擊 continue,在窗口底部出現如下提示

(0,0,0)是全局坐標系的點,意思就是讓你用全局坐標系的坐標來定義一個新的局部坐標系。你可以直接選擇新坐標系的原點,也可以在對話框中直接輸入,比如 0,0,0,回車,然后出現下面的提示,讓你選擇新坐標 x 軸的方向

這里我們將圓盤軸向設定為 x 軸(即原來全局坐標系的 z 軸),因此輸入 0,0,1,回車,再出現如下提示,讓你選擇 x-y 平面上的一個點,這里輸入 0,1,0,回車

新坐標系建好了,會顯示在最下面圓盤的中心點位置。用局部坐標系建立彈簧的話,可以選擇彈簧自由度為 1,即局部 x 方向。
下面設置荷載和邊界條件。
給最上面的圓盤整體施加 pressure,大小為 10.

最下面的彈簧受力完全由上面通過彈簧傳遞而來。
只有彈簧約束是不夠的,最上面圓盤會發生移動,因此要給最上面的圓盤添加 x,y 方向的位移約束。但是對于最下面的圓盤來說,如果采用新局部坐標系下自由度為 1 的接地彈簧,則需要約束住 x,y 方向的位移,如果采用全局坐標系下自由度為 3 的接地彈簧機,則不需要任何約束,三個方向的彈簧就相當于一種約束了,我計算的兩種設置的分析結果是一樣的,大家可以試試。

下面劃分網格,設全局大小為 0.2,(或者自己設定你想要的精度),我選的 sweep 方法,S4R單元,最后 mesh 一下即可

最后,建立一個 job,提交,ok。
查看結果:

可以看到,最上面的圓盤向下壓縮,底部的圓盤也有微小變形。你可以使用動畫來觀察動態結果,看著彈簧向下壓縮還是挺好玩的
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