彈簧單元ANSYS的案例
北鯤云講堂 | 10月25日：ANSYS彈簧單元的應(yīng)用與建模過(guò)程
本期云講堂我們邀請(qǐng)到了李安民博士來(lái)為大家分享ANSYS彈簧單元的應(yīng)用與建模過(guò)程。
李安民博士：結(jié)構(gòu)工程專(zhuān)業(yè)高校教師，在讀博士研究生。從2009年開(kāi)始從事有限元的應(yīng)用和教學(xué)，在國(guó)家科技支撐計(jì)劃、多項(xiàng)國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目以及大量橫向課題中廣泛使用有限元進(jìn)行仿真分析。長(zhǎng)期進(jìn)行有限元分析的咨詢(xún)工作。擅長(zhǎng)土木方面的建筑物、構(gòu)筑物的結(jié)構(gòu)分析與教學(xué)。目前從事人工智能結(jié)合有限元在工程方面的應(yīng)用研究。
通過(guò)三個(gè)案例說(shuō)明彈簧單元的應(yīng)用，再通過(guò)過(guò)一個(gè)完整計(jì)算實(shí)例演示一步一步地說(shuō)明如何建立彈簧單元。
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展開(kāi) Ansys Workbench使用非線性彈簧單元模擬配合間隙 ￥10
問(wèn)題：
工程中兩個(gè)零部件之間經(jīng)常會(huì)有配合間隙，Ansys Workbench中可以使用combin39號(hào)非線性單元，通過(guò)控制不同行程的彈簧剛度來(lái)模擬間隙配合。
模型示例：
設(shè)定支座與軸有1mm的配合間隙，在一端施加X(jué)向100N作用力，查看運(yùn)動(dòng)位移。
計(jì)算步驟：
1. 在間隙配合位置，建立jiont連接，放開(kāi)X向平動(dòng)自由度。
2. 在間隙配合位置，建立spring連接，同時(shí)插入Commands 命令。
ET,_sid,39,0,0,0,1
R,_sid,0.95,1,1.05,10000
3. 查看計(jì)算結(jié)果，當(dāng)運(yùn)動(dòng)至0.95mm后spring彈簧剛度值陡增限制了X向運(yùn)動(dòng)。
建議：
? 同一個(gè)連接區(qū)域不建議使用兩個(gè)重復(fù)的連接關(guān)系，即jiont連接和spring連接不要使用同一個(gè)區(qū)域。
? 本文對(duì)配合區(qū)域進(jìn)行分段處理，中間為spring連接，兩側(cè)為jiont連接
? 使用Remote Point點(diǎn)創(chuàng)建連接，需要打開(kāi)Beta選項(xiàng)。
? 這種等效方式并不能良好的反應(yīng)間隙配合位置的應(yīng)力狀態(tài)，需要校核配合區(qū)域的應(yīng)力狀態(tài)還是需要使用接觸連接。
展開(kāi) ANSYS中非線性彈簧單元39
考慮鋼筋和混凝土之間的粘結(jié)滑移時(shí)，通常在鋼筋和混凝土的相應(yīng)結(jié)點(diǎn)之間設(shè)置聯(lián)結(jié)單元，為準(zhǔn)確地反映混凝土構(gòu)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(jié)單元，以模擬鋼筋-混凝土的粘結(jié)滑移關(guān)系。Combin39單元是一個(gè)具有非線性功能的彈簧單元，可對(duì)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(gè)節(jié)點(diǎn)，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(duì)移動(dòng)有法向、縱向切向和橫向切向三個(gè)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(duì)對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)之間均分別建立三個(gè)非線性彈簧單元來(lái)模擬鋼筋與混凝土之間三個(gè)方向的相互作用。彈簧的模型如圖2所示。
展開(kāi) hypermesh-ansys聯(lián)合仿真之彈簧單元2 ￥1
圖1
壓縮機(jī)是空調(diào)主要的振動(dòng)元器件，壓縮機(jī)主體通過(guò)底部的若干個(gè)橡膠腳墊安裝在壓縮機(jī)安裝框架上，壓縮機(jī)的振動(dòng)主要通過(guò)兩個(gè)路徑傳遞給空調(diào)框架：1.通過(guò)橡膠墊傳遞給壓縮機(jī)安裝架然后進(jìn)一步傳遞給整機(jī)；2.通過(guò)壓縮機(jī)的吸排氣管傳遞給整機(jī)。需要平衡兩個(gè)路徑，來(lái)平衡整機(jī)振動(dòng)和管路振動(dòng)，傳遞給管路振動(dòng)能力較多時(shí)會(huì)增加管路泄漏的概率。
hypermesh-ansys聯(lián)合仿真之彈簧單元1
圖10 建立左側(cè)節(jié)點(diǎn)約束
圖11 建立右側(cè)節(jié)點(diǎn)約束
完成上述過(guò)程之后就建立了x方向單自由度彈簧質(zhì)量系統(tǒng)，下面輸出ANSYS求解器的CDB文件，導(dǎo)入ANSYS-APDL進(jìn)行求解模態(tài)，因?yàn)橹挥衳方向自由度，所以只有一階固有頻率，通過(guò)理論計(jì)算公式可知固有頻率f=(k/m)^0.5/2π=15.915.
導(dǎo)入ANSYS求解發(fā)現(xiàn)求解得到的固有頻率與理論值一樣。
圖12 ANSYS固有頻率求解結(jié)果
基于ANSYS Workbench 2024R2的非線性彈簧combin39單元的模擬 ￥50
對(duì)于實(shí)際應(yīng)用中承受非線性彈簧單元Combin39的實(shí)際應(yīng)用。
在ANSYS Workbench里提供了兩種方法，一種是WB的雙向彈簧，輸入數(shù)據(jù)表格，其本質(zhì)上采用是LINK8單元進(jìn)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(lái)實(shí)現(xiàn)，對(duì)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(shù)值。
彈簧單元combin39如何實(shí)現(xiàn)單向受拉或者單向受壓
彈簧單元一直是ANSYS中使用頻率較高的單元，尤其是非線性彈簧單元combin39, 39單元功能較多，單元選項(xiàng)設(shè)置復(fù)雜，在很多方面都有其獨(dú)特的運(yùn)用，今天水哥介紹下39單元比較特殊的一面，也即單元的單向行為。
所謂單向行為，也即單元的單向受壓或者單向受拉，在土木地下結(jié)構(gòu)計(jì)算領(lǐng)域，單向彈簧的使用頻率最高，常常用于其模擬彈性地基，等效圍巖等。
要利用該單元實(shí)現(xiàn)單向彈簧，首先要讀懂該單元各個(gè)單元關(guān)鍵項(xiàng)的意思，該單元有很多關(guān)鍵項(xiàng)，不同的設(shè)置會(huì)有不同的單元表現(xiàn)。該單元一共有八種單元表現(xiàn)，羅列如下：
從上述單元表現(xiàn)可見(jiàn)，第B種和第e種情況可實(shí)現(xiàn)單向彈簧的功能，這兩者的主要區(qū)別在于一個(gè)是卸載路徑與原加載路徑相同，一種是卸載路徑與加載路勁的原點(diǎn)段平行。
細(xì)心的同學(xué)可以發(fā)現(xiàn)，這兒combin39所謂的單向是指受拉單向，也即是該單元只提供單向受拉的功能，如果要實(shí)現(xiàn)我們口中所謂的單向受壓，則需要一定的建模技巧。
為驗(yàn)證該單元的單向功能，下面我們做一個(gè)小實(shí)驗(yàn)。
命令流如下：
finish
/clear
/prep7
et,1,combin39
!Z方向的單向彈簧
keyopt,1,4,0
keyopt,1,3,3
keyopt,1,1,0
keyopt,1,2,1
n,1
n,2,0,0,1.0
!彈簧的初始彈性模量為100
r,1,0.1,100*0.1
e,1,2
d,1,all,0
allsel,all
!
展開(kāi) 求含有板單元、梁單元、質(zhì)量單元、彈簧單元、三維實(shí)體單元的實(shí)例
有哪位大神能給小弟提供上述實(shí)例哦，非常感謝！！！！
ABAQUS讀懂彈簧/非線性彈簧單元——“小而精”的Spring element
<p>彈簧單元（Spring element）作為ABAQUS中的特色用途單元（Special-Purpose Elements）大家常常認(rèn)為其比較“雞肋”，但在某些應(yīng)用場(chǎng)景中卻有著不可代替的作用，可謂“小而精”。今天喵星人就結(jié)合用戶(hù)手冊(cè)和項(xiàng)目經(jīng)歷帶大家讀懂彈簧單元。</p><p><br></p><p class="ql-align-center"><strong>01</strong>彈簧單元類(lèi)型</p><p>用戶(hù)手冊(cè)給出三種彈簧單元的定義：</p><p><br></p><p>1. SPRINGA</p><p>Axial spring between two nodes, whose line of action is the line joining the two nodes. This line of action may rotate in large-displacement analysis.</p><p><strong>喵星人翻譯：</strong></p><p>兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的軸向彈簧，其作用線是連接兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的線。在大位移分析中，這條作用線可能會(huì)發(fā)生旋轉(zhuǎn)。</p><p><strong>喵星人點(diǎn)評(píng)：</strong></p><p>軸向彈簧的力僅作用于軸線上，因此只有平動(dòng)自由度1/2/3而無(wú)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度</p><p><br></p><p>2. SPRING1</p><p>Spring between a node and ground, acting in a fixed direction</p><p><strong>喵星人翻譯：</strong></p><p>節(jié)點(diǎn)與地面之間沿固定方向作用的彈簧</p><p><strong>喵星人點(diǎn)評(píng)：</strong></p><p>也可稱(chēng)其為接地彈簧，通常應(yīng)用于土與結(jié)構(gòu)相互作用，例如樁基等。
展開(kāi) 【NX Nastran單元庫(kù)】彈簧單元及動(dòng)態(tài)響應(yīng)實(shí)踐
個(gè)人博客中的學(xué)習(xí)記錄
博客鏈接：
1 目標(biāo)·方法
2.1 Overview of 0D (Scalar) Elements
2.2～2.4 Spring, Damping, Mass elements
2A 彈簧、阻尼、質(zhì)量單元應(yīng)用
系統(tǒng)學(xué)習(xí)NX NASTRAN單元庫(kù)參考《Element Library Reference》中的0D（標(biāo)量）單元，結(jié)合SOL 111（模態(tài)頻率響應(yīng)）和SOL 112（模態(tài)瞬態(tài)響應(yīng)）對(duì)彈簧、阻尼、質(zhì)量等單元進(jìn)行實(shí)踐應(yīng)用。
第一篇：彈簧單元
序：我要寫(xiě)一期python和Abaqus與有限元的文章，從彈簧單元、桿單元一直到實(shí)體單元，通過(guò)簡(jiǎn)單的實(shí)例用python編程，Abaqus驗(yàn)證結(jié)果。
例：彈簧串聯(lián)受外力作用，具體數(shù)值如下圖所示，求：a）總剛；b）節(jié)點(diǎn)2與節(jié)點(diǎn)3的位移；c）節(jié)點(diǎn)1的反力；d）彈簧內(nèi)力。
一、有限元法求解
步驟1：離散化
單元
節(jié)點(diǎn)i
節(jié)點(diǎn)j
1
1
2
2
2
3
步驟2：寫(xiě)單剛
步驟3：寫(xiě)總剛
步驟4：邊界條件
本例中，u1=0，F(xiàn)2=0，F(xiàn)3=1000N，代入上述方程
步驟5：求方程，解u2和u3
利用上述方程不難解出u2=10m，u3=15m，具體不再贅述。
步驟6：后處理，求節(jié)點(diǎn)1反力F1與彈簧內(nèi)力f1、f2
取出相應(yīng)的方程可求得F1=-1000N，f1=1000N（拉），f2=1000N（拉）。
展開(kāi) 
ABAQUS 彈簧單元的應(yīng)用
只有彈簧約束是不夠的，最上面圓盤(pán)會(huì)發(fā)生移動(dòng)，因此要給最上面的圓盤(pán)添加 x，y 方向的位移約束。但是對(duì)于最下面的圓盤(pán)來(lái)說(shuō)，如果采用新局部坐標(biāo)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(biāo)系下自由度為 3 的接地彈簧機(jī)，則不需要任何約束，三個(gè)方向的彈簧就相當(dāng)于一種約束了，我計(jì)算的兩種設(shè)置的分析結(jié)果是一樣的，大家可以試試。
下面劃分網(wǎng)格，設(shè)全局大小為 0.2,（或者自己設(shè)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(gè) job，提交，ok。
查看結(jié)果：
可以看到，最上面的圓盤(pán)向下壓縮，底部的圓盤(pán)也有微小變形。你可以使用動(dòng)畫(huà)來(lái)觀察動(dòng)態(tài)結(jié)果，看著彈簧向下壓縮還是挺好玩的
展開(kāi) patran中彈簧單元的長(zhǎng)度問(wèn)題
請(qǐng)賜教;
欲在一有限元模型中建立一彈簧單元附在一幾何直線上.在彈簧的彈性系數(shù)和方向確定的情況下.不知道,直線的長(zhǎng)短(也就相應(yīng)于這一個(gè)彈簧單元的長(zhǎng)短)對(duì)彈簧的屬性有沒(méi)有影響.也就是說(shuō),在5厘米的直線上面只建立一個(gè)線單元,定義屬性的時(shí)候剛度為A,方向?yàn)閁X. 同樣若把直線畫(huà)成10厘米.但是還是只在上面建立一個(gè)彈性線單元,參數(shù)設(shè)置依然為剛度A,方向?yàn)閁X.不知道這兩個(gè)彈簧是不是可以看成是同一(種)彈簧的建模.
ABAQUS彈簧單元應(yīng)用實(shí)例
建好后，用partition命令分割成如下圖所示，這樣比較好加彈簧，網(wǎng)格劃分也會(huì)更規(guī)則。兩個(gè)圓盤(pán)平行，相距5m，用彈簧單元連接。
如圖所示，上面的圓盤(pán)受壓，與下面的圓盤(pán)通過(guò)彈簧連接。下面的圓盤(pán)用接地彈簧約束住。這個(gè)例子可以很好的幫助初學(xué)者理解彈簧的使用方法和原理，具體操作步驟見(jiàn)pdf文件，命令流見(jiàn)inp文件。
ABAQUS彈簧單元應(yīng)用實(shí)例.pdf
Job-1.rar
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技術(shù)鄰?fù)扑]：
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鋼管混凝土落錘實(shí)驗(yàn)?zāi)M
展開(kāi) 空氣彈簧單元生成方法
最近在做一個(gè)空瓶子的充氣倒落過(guò)程，需要用到空氣彈簧，這里做一個(gè)小例子，解釋用法。
首先建立一個(gè)shell空殼子，并劃分網(wǎng)格S4R,如圖1所示。
圖1
1. 彈簧單元生成
從inp文件中，將*Element, type=S4R下面的單元與節(jié)點(diǎn)復(fù)制到excel表格中。每行有5個(gè)數(shù)字，第一個(gè)數(shù)字代表單元編號(hào)，后面四個(gè)代表這個(gè)單元所包含的節(jié)點(diǎn)編號(hào)。我們要做的就是把單元編號(hào)改掉，而節(jié)點(diǎn)編號(hào)不變。這樣，改動(dòng)過(guò)的新單元與舊單元就擁有了共同的節(jié)點(diǎn)。新單元type=F3D4，這樣我們就有了與S4R共節(jié)點(diǎn)的但是單元編號(hào)不一樣的F3D4空氣彈簧單元。我這里將S4R單元統(tǒng)一移動(dòng)了100個(gè)編號(hào)，變成F3D4單元。注意，這兩種單元的編號(hào)一定不能重復(fù)。如圖2所示。
圖2
將F3D4單元編號(hào)和節(jié)點(diǎn)復(fù)制到INP文件中，并在開(kāi)頭寫(xiě)上關(guān)鍵字
*Element, type=F3D4
還要增加一個(gè)空氣彈簧單元集合，
*Elset, elset=SET-AIRSKIN, generate
101, 152, 1
2. 預(yù)定義場(chǎng)（壓力、溫度）
打開(kāi)cae，重新讀入上面改動(dòng)過(guò)的inp模型。
添加一個(gè)與節(jié)點(diǎn)不重合的參考點(diǎn)集合：Set-AirRP(0,1,0)
在model-edit keywords里面編輯predified field。加入
** PREDEFINED FIELDS
**
** Name: Predefined Field-InitialTemperature Type: Temperature
*Initial Conditions, type=TEMPERATURE
Part-2-1.Set-AirRP, 300.
展開(kāi) 