ansys 彈簧剛度的案例
鋼板彈簧剛度強度計算模型 ￥50
1\在UG中建立鋼板彈簧完全自由狀態下的模型
2\用HyperMesh畫好體網格后導出*.inp文件
3\附材料屬性，定義耦合，定義接觸
4\創建載荷步，夾緊與加載
5處理結果，強度與剛度
基于hypermesh和lsdyna的彈簧離散單元的建立及剛度K的計算驗證 ￥10
本貼為大家講解一下彈簧單元的建立和剛度K的一個計算驗證
模型如下：上下兩個鋼板，頂端rigid抓取的節點施加力，中間兩個節點創建spring，底面約束。
(一維彈簧單元的直接剛度方法)Python編程和ABAQUS結果對比
這次寫得是最簡單的模型：一維線彈簧單元。采用的是直接剛度法求解。
直接剛度法的求解思路如下所示，其中粉紅色的是輸入，淡藍色是輸出。主要是要區分齊次邊界條件和非齊次邊界條件，非齊次邊界條件的話就要修改【F】。
下面將貼出我用python寫得一維彈簧單元的直接剛度法：
例子計算：
如圖是一個彈簧系統，單元節點信息如下，5節點受到一個強制位移20mm，明顯這是一個非齊次邊界條件問題。
Python編程輸入信息如下：
結果如下：
可以看到，輸出結果和書上的答案一致。
下面進行ABAQUS模擬：
添加彈簧單元
添加邊界條件
顯示單元編號、節點編號如下所示，紅色表示單元編號，黃色是節點編號
ABAQUS計算結果如下：
首先是變形圖前后對比
反力云圖如下所示，基本和直接剛度法計算的結果一致
位移云圖如下所示，基本和直接剛度法計算的結果一致
整體剛度矩陣如下所示，因為ABAQUS彈簧單元是三維的，每一個節點有3個自由度，15x15，原味的剛度矩陣如下
我們把剛度矩陣轉化為一維的，方便和編程的結果對比
從結果可以看出，ABAQUS的整體剛度矩陣和直接剛度法計算出來的整體剛度矩陣有些差異，如圖標紅的所示。
那么在整體剛度矩陣上為什么ABAQUS會和直接剛度法的整體剛度矩陣有差異呢，到底ABAQUS的整體剛度矩陣對不對呢？答案將在下一期揭曉。歡迎大家積極討論。
展開 續集(一維彈簧單元的直接剛度方法)Python編程和ABAQUS結果對比
上一個帖子鏈接：(一維彈簧單元的直接剛度方法)Python編程和ABAQUS結果對比
上一個帖子我們對比了基于直接剛度法來求解得到一維彈簧單元的剛度矩陣和ABAQUS提取出來的不太一樣。
今天我來詳細講一下其中的原理。
例子：還是上一個帖子的例子，它是一個非齊次邊界條件的單自由度彈簧系統。
我們知道這個公式:
在整個系統來看，此時
所以我們可以寫出
***注意一下，這里的剛度矩陣 [k] 的行列式 |K| =0, 是沒有逆矩陣的。
現在我們的目的是想求出U2,U3,U4 這三個位置位移，我們改寫一下這個線性方程組
然后移項化簡
這時，我們可以刪掉U=0的行，以及對應的 [K] 中的列
整理一下
再把求得的位移反帶入公式中
這個是解線性方程組的直接解法，利用了矩陣的變換，結果是精確解。在過程中我們發現，原來不可逆的【K】矩陣經過刪除行列之后變成了可逆的矩陣。
然而在ABAQUS中，不是這樣處理的。
在這一步的時候，我們的解法已經介紹。然而，ABAQUS 運用了補償法這一巧妙的解法。在邊界的節點上補償一個剛度為kb的彈簧，其中Kb為大剛度系數，具體在公式中體現如下
不用懷疑，理論來講，方程組中的未知數U2,U3,U4,F1x,F5x的結果沒變。這個時候【K】的行列式|K|≠0，于是【K】有逆矩陣，我們可以直接通過解矩陣方法求解位置向量{U}，
在這里就要注意了，假設我們設Kb = 10^36 N/mm ，我們可以忽略F1x和F5x，所以求得的解都是近似解，解的精確程度取決于Kb取值的大小，Kb越大，結果越精確。
此時再把{U}反帶入
求得{F}。
展開 
hyperworks鋼板彈簧六面體網格劃分、自由和夾緊剛度及疲勞壽命仿真分析
鋼板彈簧作為彈性元件，一般用在大型貨車或者小型商用車上，其目的是為了緩和路面激勵對駕駛室的沖擊。
鋼板彈簧最主要的參數是其剛度，我們可以使用hyperworks軟件，對鋼板彈簧進行六面體網格劃分
并在板簧片與片之間設置接觸，然后對板簧的自由剛度和夾緊剛度進行仿真計算
編輯
該板簧的自由剛度為33.46N/mm；
該板簧的夾緊剛度為44.9N/mm；
板簧的疲勞應力為1165Mpa；
板簧的疲勞壽命為12.28萬次。
具體的仿真操作步驟：https://weike.fm/XW6rR1c20f
展開 有限元編程-附源代碼《有限元方法基礎教程（第五版）》學習記錄1——直接剛度法（一維彈簧單元）
計算機語言：Python（個人愛好）
對應章節：第2章 剛度法（位移法）
實現內容：
（1）采用直接剛度法；
（2）定義了彈簧單元；
（3）實現剛度的組裝；
（4）考慮了齊次、非齊次邊界條件；
（5）可以輸出整體剛度矩陣、節點位移、節點外力、單元內力、單元剛度矩陣。
下一步目標：
（1）補償法的實現；
（2）勢能法的研究。
非齊次例子展示：
SpringUnit.rar
如何從Ansys APDL中提取剛度矩陣與質量矩陣？ ￥69
1.引論
經常使用Ansys、Abaqus等一系列有限元分析軟件進行計算、學習的學生或工程師們都會知道在有限元分析建模與計算中剛度矩陣與質量矩陣的重要性。但是由于軟件的黑盒性質，大家往往在實際使用十分成熟的商業化軟件的過程中慢慢忽視了有限元及其衍生出的商業軟件背后的原理與方法。
這時，不管是在學習中還是在工程應用中往往都會遇到一個同樣的問題，那么就是如何將Ansys APDL運行中的產生的各種數據（例如：剛度矩陣、質量矩陣）導出成為我們熟悉的形式或文件格式，從而為我們所用，所分析。
因此我決定寫下此篇文章來幫助很多實際工作或學習中需要用到此類技能的同學、同事們，讓大家更了解Ansys APDL背后的工作原理與數據導出方式。
當然，在社區中早就有大佬回答過了這個問題，并給大家制作了相應的提取矩陣軟件，其軟件具備了簡單、便捷的操作方式，讓很多想要提取剛度矩陣與質量矩陣的同僚們受益，那么我為什么還要寫一篇這樣的文章重新提起這樣一個話題呢？這就又回到了我開頭所說的“原理與方法”，我在此更希望面對想要進一步學習了解軟件背后機理的群體，并在此基礎上保留教學的簡潔性，提供導出矩陣與轉換、列式、求解的源代碼，使其既兼顧基本原理，又可以讓大家直接上手使用，非常的便捷，也避免了很多因為優化不完全導致的運行bug。
2.有限元軟件導出剛度矩陣與質量矩陣的方法
在使用APDL進行求解時，每次在求解完成后都會在工作路徑下生成一個.full文件，而這個文件十分關鍵，其正是剛度矩陣與質量矩陣的所在之處。
展開 ANSYS模型剛度、質量矩陣快速提取小軟件—km_from_Ansys ￥88
背景
從事結構振動控制、車橋耦合振動、結構健康監測傳感器優化布置、結構動力性能分析等等一系列研究的同仁們應該都面臨過一個同樣的問題—“怎么把結構的剛度和質量矩陣建立出來？”。這對于那些數值分析高手和專家可能不是什么問題；但是對于科研剛入門的新手來說，這個難度還是相當大的。如果都靠自己寫程序來建立有限元模型，則對理論基礎、編程水平都有很高的要求，甚至程序做出來也未必能保證其正確性，是一個很讓人頭疼的問題。
對于一些簡單的被動控制裝置或簡單的動力學分析，當然也可以在有限元分析軟件中構造出裝置組成直接分析（剛度+阻尼類型），但是對于稍復雜一些的控制裝置和耦合分析等問題，會受到平臺功能上的限值，尤其是對于主動和半主動等涉及控制算法的研究來說，基本很難在有限元軟件平臺上實現分析。再加上如果需要對裝置進行參數優化，需要進行多次重復計算，難度就更大。
Ansys、ABAQUS等軟件平臺給我們提供了比較穩定有效的有限元模型建立平臺，通過借助商業軟件來建立模型，再將其中的剛度、質量矩陣導出，是非常可取的一種方法。如果能夠提取出模型的矩陣，明晰計算原理，就能夠很容易的通過自己的程序設計對計算過程進行補充、調整，來達到自己定制的計算分析目的。其實，不僅對于振動控制，比如結構靜動力分析、車橋耦合分析、結構傳感器優化配置方案設計等，都有應用需求。因此，一個能夠便捷的提取結構矩陣的方法就顯得至關重要。
技術鄰平臺已經有大佬提供了ABAQUS軟件剛度和質量矩陣的導出方法。這里補充一下在ANSYS中導出質量和剛度矩陣的方法和小軟件。
2.
展開 Ansys Workbench使用非線性彈簧單元模擬配合間隙 ￥10
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 ANSYS workbench 彈簧靜力學分析 ￥10
本案例適合哪些人學習：
1、學習型仿真工程師
2、理工科院校學生
你會得到什么：
1、學習彈簧三維模型的處理
2、學習靜力學分析步的建立
3、學習靜力學分析的邊界條件的施加
4、學習靜力學分析的載荷的施加
案例介紹：
所使用軟件為ANSYS workbench2020R2.
案例介紹了ANSYS workbench 彈簧靜力學分析。
本案例完整得提供了分析相關所有的分析文件。
?
【實用功能】ANSYS中的弱彈簧應該怎么用？
下面介紹兩種方法：
方法一：弱彈簧Weak Springs。
求解前，點擊Analysis Settings，將Solver Controls中的Weak Springs設置為On，彈簧剛度設置為Program Controlled，開啟弱彈簧功能。然后求解。
求解過程中出現了一個警告：大體意思是物體可能會產生剛體運動，軟件把弱彈簧加上了。這樣，求解順利完成，觀察求解結果，應力為1MPa，正確。
弱彈簧的作用原理是什么呢？我們觀察Solution Information的Geometry，發現軟件在端面的節點上，添加了Spring，分布在端面的8個頂點上，每個頂點3個，來約束每個頂點上節點的3個自由度。我們觀察Solution Information的Worksheet，發現求解過程中多了24個彈簧單元Combine14，證實了軟件在計算過程中，自動添加了彈簧單元完成了計算。
在Analysis Settings，我們將彈簧剛度設置為Program Controlled，軟件會將彈簧剛度設置為多少呢？我們將結構導入到ANSYS經典，在彈簧單元的實常數中，我們發現彈簧單元的剛度為0.00040000000000005N/mm，確實很弱，這樣來說，不僅解決了剛體運動的問題，而且不會對結構的應力應變結果造成實質的影響。
在Analysis Settings，彈簧剛度設置方法除了Program Controlled，還有Factor和Mmanual兩種。
Factor：設置因子。其值等于Program Controlled標準值乘以你在Factor輸入的值。
展開 
hypermesh-ansys聯合仿真之彈簧單元2 ￥1
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。
ANSYS在片彈簧設計中的應用
ANSYS在片簧設計中的應用.pdf
問題：設一種復雜形狀的片彈簧，t=0.3，h=0.5，選用鈹青銅片，彈性模量為1.33e5，泊松比0.3；一端固定，另一端作鉸鏈式固定，片彈簧的長度為60，中心受2N的力，求其變形圖及最大彎曲應力。
詳見附件
ANSYS Workbench中批量建立螺栓的方法+批量建立彈簧的方法
相同的方法可以批量生成彈簧，如圖所示
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2017~2021大龍貓文章經驗總結統計.pdf
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2023~2025大龍貓文章經驗總結統計.pdf
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展開 ANSYS中如何實現單向彈簧的模擬
ANSYS中如何實現單向彈簧的模擬
在前面幾期的文章中，本人介紹了在ANSYS中如何實現彈性地基的模擬，其中既使用了本身可以設置彈性地基剛度的特殊單元，也采用了彈簧單元來間接實現。然而一個不可避免的現象便是在實際中，其實有很多情況下地基是既受拉又受壓的，如果繼續采用特殊單元，則不能考慮這點。也即是這些特殊的單元無法考慮單向受壓的情況，例如在隧道二次襯砌分析中，外部等效圍巖就不能使用這些特殊單元。
在前面一期中也介紹了如何使用combin39單元來實現彈性地基的模擬，使用該單元的一個好處便是可以考慮單向作用。本文就簡單介紹如何使用該單元實現單向彈簧的模擬。
要利用該單元實現單向彈簧，首先要讀懂該單元各個單元關鍵項的意思，該單元有很多關鍵項，不同的設置會有不同的單元表現。該單元一共有八種單元表現，羅列如下：
從上述單元表現可見，第B種和第e種情況可實現單向彈簧的功能，這兩者的主要區別在于一個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段平行。
細心的同學可以發現，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，如果要實現我們口中所謂的單向受壓，則需要一定的建模技巧。
為驗證該單元的單向功能，下面我們做一個小實驗。
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
!
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