ansys 3d彈簧單元
關注創建者：王靖雯 創建時間：2023-03-07
ansys 3d彈簧單元的視頻教程
ANSYS APDL 單元生死在3D打印中的應用
本課程主要及講解ANSYS APDL單元生死在3D打印中的應用，涉及到的知識點包含熱構耦合分析、單元類型選擇、非線性材料定義、參數化建模、單元生死技術、以及批量后處理等內容，本課程每一步操作都有詳細講解，面向對象為初學者和有一定基礎的APDL使用者。
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ansys 3d彈簧單元的實例教程
問題：
工程中兩個零部件之間經常會有配合間隙，Ansys Workbench中可以使用combin39號非線性單元，通過控制不同行程的彈簧剛度來模擬間隙配合。
模型示例：
設定支座與軸有1mm的配合間隙，在一端施加X向100N作用力，查看運動位移。
計算步驟：
1. 在間隙配合位置，建立jiont連接，放開X向平動自由度。
2. 在間隙配合位置，建立spring連接，同時插入Commands 命令。
ET,_sid,39,0,0,0,1
R,_sid,0.95,1,1.05,10000
3. 查看計算結果，當運動至0.95mm后spring彈簧剛度值陡增限制了X向運動。
建議：
? 同一個連接區域不建議使用兩個重復的連接關系，即jiont連接和spring連接不要使用同一個區域。
? 本文對配合區域進行分段處理，中間為spring連接，兩側為jiont連接
? 使用Remote Point點創建連接，需要打開Beta選項。
? 這種等效方式并不能良好的反應間隙配合位置的應力狀態，需要校核配合區域的應力狀態還是需要使用接觸連接。
展開 圖1
壓縮機是空調主要的振動元器件，壓縮機主體通過底部的若干個橡膠腳墊安裝在壓縮機安裝框架上，壓縮機的振動主要通過兩個路徑傳遞給空調框架：1.通過橡膠墊傳遞給壓縮機安裝架然后進一步傳遞給整機；2.通過壓縮機的吸排氣管傳遞給整機。需要平衡兩個路徑，來平衡整機振動和管路振動，傳遞給管路振動能力較多時會增加管路泄漏的概率。
考慮鋼筋和混凝土之間的粘結滑移時，通常在鋼筋和混凝土的相應結點之間設置聯結單元，為準確地反映混凝土構件的受力特性，可以采用ANSYS中三維非線性彈簧單元Combin39作為鋼筋與混凝土之間的粘結單元，以模擬鋼筋-混凝土的粘結滑移關系。Combin39單元是一個具有非線性功能的彈簧單元，可對此單元輸入廣義的力-變形曲線以定義它的非線性行為。該單元包含2個節點，可用于一維、二維或三維的分析中，如圖1所示。鋼筋和混凝土的接觸面之間的相對移動有法向、縱向切向和橫向切向三個方向，為全面考慮鋼筋混凝土連接面上的相互作用，在鋼筋和混凝土連接面上在每一對對應節點之間均分別建立三個非線性彈簧單元來模擬鋼筋與混凝土之間三個方向的相互作用。彈簧的模型如圖2所示。
展開 combin14單元
圖1 combin14單元圖示
combin14單元可以模擬1-D、2-D和3-D下具有軸向和旋轉剛度的彈簧。在hypermesh中可以為combin14單元設置3個關鍵字，如圖2分別是：
KeyOpt1，求解類型，默認為線性求解，但是當CV2阻尼參數不為零時必須設置為非線性求解類型；
KeyOpt2和KeyOpt3，設置不同維度時的自由度，默認下為3-D彈簧，根據選項可以分別設置為不同維度下的軸彈簧或旋轉彈簧。
圖2 關鍵字
特性參數輸入，當只考慮剛度忽略阻尼時，只需輸入K即可，單元為軸向時即為拉壓剛度，單元為旋轉時即為扭轉剛度，剛度單位為力/長度，實常數設置如圖3
圖3 設置剛度參數
案例1.單自由度質點彈簧系統
圖4 建立兩個節點（距離隨意）
建立上圖兩個節點，在兩個節點建立一個combin14單元，在右側節點建立一個mass21單元，分別設置combin14單元的剛度屬性為100N/mm，mass21質量屬性為0.01t，如下圖：
圖5 通過兩個節點建立combin14單元
圖6 打開KeyOpt3選擇3D軸向彈簧阻尼
圖7 設置彈簧剛度為100，不設置阻尼
圖8 在右側節點建立mass21單元
圖9 設置質量屬性0.01（一定xyz三個方向都設置，不然總質量將是0.01/3）
在左側節點建立一個約束，約束所有自由度，在右側建立一個約束，約束除x方向外的其他自由度。
展開 例如采用ANSYS模擬一個多層混凝土框架結構，一般除計算整體指標外，我們在計算具體荷載作用時（如風荷載、地震作用、恒載、活載等），樓板一般采用彈性版，此時可用殼單元模擬，主梁、次梁采用梁單元模擬，此時變為梁單元包含在殼面內的情況，當然此類情況是否需要考慮截面偏置，可根據具體工程而定。
對這中梁單元包含在殼單元面內的情況，只需要將梁單元與殼單元共用節點即可，而無須格外建立約束方程。
三、梁單元在殼單元內但不包含
此種情況為梁與殼位于同一面內，但其中面不包含梁線，適用于多尺度建模分析（如下圖）。梁單元與殼單元的連接在端部可以通過剛性梁和剛性區域兩種方式連接。剛性梁采用MPC184單元，剛性區域采用Cerig命令，具體使用方法下期文章討論。
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對于實際應用中承受非線性彈簧單元Combin39的實際應用。
在ANSYS Workbench里提供了兩種方法，一種是WB的雙向彈簧，輸入數據表格，其本質上采用是LINK8單元進行模擬，而不是非線性彈簧combin39。
而利用Combin39單元，需要建立彈簧單元后，插入命令流來實現，對于只承受壓縮載荷的力-位移曲線，輸入到最后，是需要稍等小的正位移和正力數值。
問題：
工程中兩個零部件之間經常會有配合間隙，Ansys Workbench中可以使用combin39號非線性單元，通過控制不同行程的彈簧剛度來模擬間隙配合。
模型示例：
設定支座與軸有1mm的配合間隙，在一端施加X向100N作用力，查看運動位移。
計算步驟：
1. 在間隙配合位置，建立jiont連接，放開X向平動自由度。
2. 在間隙配合位置，建立spring連接，同時插入Commands
本期云講堂我們邀請到了李安民博士來為大家分享ANSYS彈簧單元的應用與建模過程。
李安民博士：結構工程專業高校教師，在讀博士研究生。從2009年開始從事有限元的應用和教學，在國家科技支撐計劃、多項國家自然科學基金面上項目以及大量橫向課題中廣泛使用有限元進行仿真分析。長期進行有限元分析的咨詢工作。擅長土木方面的建筑物、構筑物的結構分析與教學。目前從事人工智能結合有限元在工程方面的應用研究
圖1
壓縮機是空調主要的振動元器件，壓縮機主體通過底部的若干個橡膠腳墊安裝在壓縮機安裝框架上，壓縮機的振動主要通過兩個路徑傳遞給空調框架：1.通過橡膠墊傳遞給壓縮機安裝架然后進一步傳遞給整機；2.通過壓縮機的吸排氣管傳遞給整機。需要平衡兩個路徑，來平衡整機振動和管路振動，傳遞給管路振動能力較多時會增加管路泄漏的概率。
combin14單元
圖1 combin14單元圖示
combin14單元可以模擬1-D、2-D和3-D下具有軸向和旋轉剛度的彈簧。在hypermesh中可以為combin14單元設置3個關鍵字，如圖2分別是：
KeyOpt1，求解類型，默認為線性求解，但是當CV2阻尼參數不為零時必須設置為非線性求解類型；
KeyOpt2和KeyOpt3，設置不同維度時的自由度，默認下為
前面文章主要講解了2d梁單元與2d實體單元的剛接問題，今日主要講解3d梁單元與殼單元的剛接問題。前面文章有講，梁單元除ROtZ外與殼單元有5個自由度物理意義相同，因而，當需要考慮梁單元與殼單元的剛接問題時，只需考慮該自由度與殼單元其他自由度的約束方程。具體處理方式可根據實際情況采用不同的處理方法。
3d梁單元與殼單元剛性連接按照位置關系的不同，可分為三類：
考慮鋼筋和混凝土之間的粘結滑移時，通常在鋼筋和混凝土的相應結點之間設置聯結單元，為準確地反映混凝土構件的受力特性，可以采用ANSYS中三維非線性彈簧單元Combin39作為鋼筋與混凝土之間的粘結單元，以模擬鋼筋-混凝土的粘結滑移關系。Combin39單元是一個具有非線性功能的彈簧單元，可對此單元輸入廣義的力-變形曲線以定義它的非線性行為。該單元包含2個節點，可用于一維、二維或三維的分析中，如圖1所示
