彈簧施加的案例
LS-dyna中施加彈簧
LS-dyna中施加彈簧
問題描述：
有些工況中需要施加彈簧，這里給大家介紹分別在兩種工況下，在LS-DYNA中施加彈簧的方法。第一種工況，彈簧在自由狀態時，下壓5mm；第二種工況，彈簧初始情況為已下壓5mm時，先向上拉50mm后，在向下壓50mm。
關注公眾號：CAE備忘錄，回復spring可獲得本文k文件。
第一種工況：
初始狀態的彈簧是自由狀態，給定平板向下的位移，最后得到彈簧受力。該工況介紹了在LS-dyna中怎樣施加彈簧單元，并驗證其結果的正確性。
材料設置：兩個平板是塑性材料*MAT_ELASTIC(001)，彈簧用特定彈簧材料*MAT_SPRING_ELASTIC(S01)，剛度K=500 N/m^2。
設置單元的截面屬性：普通實體單元用*SECTION_SOLID，彈簧單元用離散截面*SECTION_DISCRETE。
將材料屬性和截面屬性賦予每個零件：
創建彈簧兩端的節點，如果直接選擇單獨的兩個節點會造成彈簧的力全部作用在這兩個點上，這是不符合實際的，所以這里將上下兩個平面的節點做兩個CNRB，讓平板上的點等同于一個點，這樣的受力是平板的整個面受力。Model > CreEnt > Constrained >Nodal Rigid Body(CNRB) > Cre > ByElem & Prop > 點選平板的面 > Apply
設置彈簧單元：
這時候彈簧單元不會顯示出來，需要重新Renumber，然后再點擊Model < Selpart < 勾選Disc.
展開 阿毅2014鍛壓系列講座-SimuFact.Forming V11版模具彈簧設置詳解
本文原創首發于CADCAM雜志，由于圖片太多，建議下載PDF文件（在本樓的最下方）：
SimuFact.Forming V11版本發布后，Die Spring模具彈簧設置在新版本中得到了極大的改進，與以前的SimuFact.Forming V8-V10相比，SimuFact.Forming V11版本在施加模具彈簧后，施加彈簧的模板既可以像V10之前版本一樣，彈簧一端固定另一端運動，彈簧處于固定壓縮狀態；也可以實現V10之前d版本不能實現的，即彈簧的固定端可以隨其他模具模板的聯動，即隨著指定模具模板的運動而運動，彈簧整體處于運動壓縮狀態；Die Spring功能的增強，使得SimuFact.Forming能夠基本模擬所有的彈簧力加載類型，是V11版本的一大亮點。
下面就SimuFact.Forming V11新版本的Die Spring彈簧施加部分進行詳細的說明：
1：彈簧基本設置：1.1 加載彈簧
首先條件設置欄在空白處點右鍵
依次選擇：
dietype模具類型 ->diespring模具彈簧->Manual手動
1.2:設置彈簧基本參數
1.2.1地面固定時(the gound)方式：
施加彈簧時，如果彈簧施加的模板不和其他模板聯動（彈簧的一端連接模板而另一端固定不動,或者在鍛壓過程中施加彈簧的模板保持不動），就選擇本彈簧相對于：地面the ground。
彈簧的類型設定：彈簧是…（the spring is…….）
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下面就SimuFact.Forming V11新版本的Die Spring彈簧施加部分進行詳細的說明：
1：彈簧基本設置：1.1 加載彈簧
首先條件設置欄在空白處點右鍵
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dietype模具類型 ->diespring模具彈簧->Manual手動
1.2:設置彈簧基本參數
1.2.1地面固定時(the gound)方式：
施加彈簧時，如果彈簧施加的模板不和其他模板聯動（彈簧的一端連接模板而另一端固定不動,或者在鍛壓過程中施加彈簧的模板保持不動），就選擇本彈簧相對于：地面the ground。
彈簧的類型設定：彈簧是…（the spring is…….）
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下面就SimuFact.Forming V11新版本的Die Spring彈簧施加部分進行詳細的說明：
1：彈簧基本設置：1.1 加載彈簧
首先條件設置欄在空白處點右鍵
依次選擇：
dietype模具類型 ->diespring模具彈簧->Manual手動
1.2:設置彈簧基本參數
1.2.1地面固定時(the gound)方式：
施加彈簧時，如果彈簧施加的模板不和其他模板聯動（彈簧的一端連接模板而另一端固定不動,或者在鍛壓過程中施加彈簧的模板保持不動），就選擇本彈簧相對于：地面the ground。
彈簧的類型設定：彈簧是…（the spring is…….）
展開 
simufact.forming 12.0彈簧設置方法
Simufact.forming12.0中彈簧的設置
Simufact.forming12.0中彈簧的設置可以實現彈簧一端固定的運動，也可以實現添加彈簧的模具隨其他模具模板的聯動，即隨著指定模具模板的運動而運動，彈簧整體處于運動狀態。
彈簧施加部分進行詳細的說明：
1 彈簧基本設置
1.1 加載彈簧
首先條件設置欄在空白處點右鍵依次選擇die type ->die spring -> Manual
圖1 加載彈簧
1.2 設置彈簧基本參數
圖2 設置彈簧基本參數
初始狀態（Initial condition）分為兩種方式：松弛（released）和壓縮（compressed）狀態，彈簧僅支持壓縮受力，不支持彈簧的拉伸受力，一般情況下模具與坯料已經接觸選擇松弛狀態（released，無壓縮彈簧，此時彈簧不受力）；而如果導入的裝配狀態位于鍛壓或沖壓結束位置，則選擇壓縮狀態（compressed，彈簧處于受力壓縮狀態）。
彈簧固定方式：分為兩種方式，直接固定（ground）和聯動固定（another body）。
施加彈簧時，如果彈簧施加的模板不和其他模板聯動（彈簧的一端連接模板而另一端固定不動,或者在鍛壓過程中施加彈簧的模板保持不動），就選擇the ground（直接固定）。
施加彈簧時，如果彈簧施加的模板隨其他模板聯動（彈簧的一端連接彈簧加載模板而另一端連接另外一塊運動模板；），就選擇another body（聯動固定）。
在初始設置時，沒有調入具體的模具工具時，聯動固定的選項是沒法選擇的，調入到具體模具工具時，再次點擊，就可以選擇了。
展開 Ls-dyna 粘彈性人工邊界、批量彈簧施加方法附件 ￥500
記者勿擾，接受不了高付費的勿擾，請慎重考慮好再聯系我，
Ls-dyna粘彈性人工邊界/批量彈簧單元施加方法
1、不使用ANSYS命令方法，實現使用Hypermesh&Ls-pre-post做前處理，在Ls-dyna中實現添加粘彈性人工邊界的方法，或者批量添加節點（點-點、點-地）彈簧單元的方法。
2、需要的童鞋請加我qq聯系。
3、請私信聯系我。，需求的人不多，所以不再上傳操作視頻，也可以在平臺預約我。
4：附：彼此尊重，有分享才有進步，祝科研順利，建模收斂！
汽車懸架用組合發條彈簧機構底板沖壓件的設計
因而提出了車輛懸架用組合發條彈簧，變懸架的直線位移運動為發電機的旋轉運動，實現懸架需要的彈性變形和阻尼功能，其結構如圖1 所示。通過內齒傳動并聯的發條彈簧滿足了懸架需要的彈性力要求，發電機軸與發條彈簧軸通過鋼絲繩實現連接傳動，將懸架的小位移變形轉化為發電機軸的大角度轉動。在懸架發生變形時，發電機轉動發電，控制發電機的輸出實現對阻尼的調節。因而該彈簧機構將懸架的彈性元件和阻尼元件扁平化，同時具有回收懸架振動能量的功能。
圖1 車輛懸架用組合發條彈簧機構
樣機的底板采用鋁合金底板，使用數控加工中心加工后獲得，這導致加工時間較長、生產效率低。而將底板改為沖壓件，則能大幅提高生產效率、材料利用率，進一步提升發條彈簧機構的輕量化和結構的緊湊。
底板機械性能分析
對底板進行沖壓件的改進設計，發條彈簧安裝孔進行壓延拉伸處理，使得安裝孔的強度得到加強。安裝發條彈簧的外溝槽采用盲槽結構，以加強這部分區域的強度。安裝電機的外圍采用通孔結構，與電機的外圍形狀相配合，由于該局部尺寸較小，均為薄壁件，為提高其仿真計算結果的精度，對其進行了局部加密，改進后的仿真模型如圖2 所示。
圖2 底板的沖壓件模型
仿真模型施加的力和約束如圖3 所示，其中心具有周布的6 個發條彈簧，其尺寸受到傳動內齒圈尺寸的限制，同時也受到高度的限制。傳動內齒圈取較小的尺寸，則車身對應部位將不需要空出較大空間來容納懸架彈簧，使得車身內部容積增大。擴展發條彈簧用來補充發條彈簧的彈力，橫向布置是為了在汽車中更容易布置。
展開 2012阿毅鍛壓仿真系列講座-SimuFact.Forming兩步板材成型模擬
，所以實際的分析的過程分成2步，
第一步 punch1和punch2一起運動，下壓175mm，
第二步 punch2停止（彈簧施加50KN的力），punch1繼續運動20mm
模型導入及設置過程和鍛壓的設置一樣，這里再次省略，不熟悉的看以看軟件幫助中的例子，只要做一個，就熟悉了；設置完成后，如下所示：
設置好 step1和step2之后，添加StageControl；
添加Stage Control，因為需要將第一步計算的結果PUNCH1
PUNCH2
BLANK的位置都需要導入第二步的計算結果，所以在stop2上點右鍵
properites；
選擇step1第一步的所有模具和blank，這樣可以將第一步的計算結果繼承過來；第二步step2是PUNCH1繼續下壓，而PUNCH2則停止運動，施加一個力給blank；設置完畢，提交運算：
3：結果后處理：
進行2步運算后，結果如下：
設置的原始文件在二樓。
展開 阿毅2014鍛壓系列講座-Deform彈簧力（力）設置詳解
Deform進行鍛壓分析時，有時候在底部支撐或者側邊有施加力的情形，此時模具或者施加力給Workpiece，或者模具在workpiece的作用下移動，在這些情況下，都需要給模具定義適當的彈簧力，以達到和實際相同的情形，在Deform中沒有彈簧的分析設置工具，只能用施加力的方式進行近似的模擬，詳細的設置方法如下：
1：選擇要設置彈簧力的OBJECT，點擊工具工作 力
2：選擇下方的定義，設置彈簧力是不支持定值的，這個就是大多數人設置失敗的原因，軟件開發的有問題，此處應該設置成灰色的，根據你的時間步長設置是行程控制還是時間控制，一般情況選擇行程函數（你的模擬控制 step Increment里面選擇用距離）
3:定義行程函數或時間函數：
根據你的具體情況，設置你需要的位移及彈簧力，注意方向和力的大小。如果輸入的是正值，則力的方向和OBJECT的方向一致，反之則相反；位移也是同理；
如下圖所示，OBJECT往-z方向移動10mm，逐漸施加給workpiece在-Z方向1000N力，如果是-1000的話，就是施加給workpiece在Z方向上1000N的力；
總結：
與SimuFact.Forming相比較，Deform沒有現成的彈簧施加的工具，但是它還是非常靈活的定義彈簧力的近似模擬的。只要搞明白了，比SimuFact.Forming好理解，關鍵點在于力與位移的方向，這個一定要搞清楚，否則很容易出錯。
圖片如果不清楚，請下載PDF版本。
20140113_Deform彈簧力設置詳解.pdf
展開 仿真案例｜使用多體動力學軟件仿真柔性可卷太陽能電池陣列的展開過程
圖5：展開期間和結束時狹縫管中的應力
展開期間芯軸位置的時間歷程圖以及位于芯軸中心的旋轉彈簧施加的扭矩時間歷程，如圖6所示。彈簧充當旋轉阻尼器，阻尼隨芯軸的旋轉速度線性變化。
圖6：展開期間芯軸位置和阻尼扭矩的時間歷程
太空中的柔性可卷太陽能電池陣列及仿真動畫如下所示：
solar.wmv
以上動畫來源于NASA
點擊此處即可獲取全文，請耐心等待工作人員為您發放本期資料~
仿真案例｜使用多體動力學軟件仿真柔性可卷太陽能電池陣列的展開過程
圖5：展開期間和結束時狹縫管中的應力
展開期間芯軸位置的時間歷程圖以及位于芯軸中心的旋轉彈簧施加的扭矩時間歷程，如圖6所示。彈簧充當旋轉阻尼器，阻尼隨芯軸的旋轉速度線性變化。
工藝仿真軟件Simufact.forming中彈簧應用技術
通過與變形體的接觸，由彈簧施加的力會間接施加到指定的模具。如果模具彈簧采用參考物體來定義，彈簧力，加上已有的反作用力，施加到參考物體上。
為了讓用戶更好地理解模具彈簧的工作，通過下例來解釋。此案例基于Simufact.demos > Tutorial >
Cold forming > Upsetting of a cylinder
中的演示模型修改而來。在原模型上加了一個新的上模（UpperDiePress）并關聯到壓力機。老的上模（UpperDie）不再關聯到壓力機，但是通過作為一個松弛彈簧的參考物體連接到新的模具上。采用下列參數：
圖17
顯示了關聯到壓力機的上模（顯示為綠色）和與工件接觸的上模（顯示為紅色）z方向力（左上圖）和參考點z方向位移（左下圖）。正如前面所述，施加到與工件接觸的模具上的力會施加到在模具彈簧中所定義的參考物體上。因此UpperDiePress和UpperDie的力是一致的。
在進程開始時，由于材料屬性和摩擦條件的作用，成型力上升。在達到彈簧力（1500
kN）之前，兩個模具像被剛性連接一樣，它們參考點在z方向上的運動是一致的。當參考力達到彈簧初始力時，彈簧開始受壓。彈簧按照用戶定義的剛度（50
kN/mm）壓縮，因此成型力的增加就減慢了，直到彈簧的最大距離（5.0 mm）。在此壓縮階段，成型力線性增加了250
kN（剛度*最大位移）。當彈簧受壓，兩個上模參考點的運動發生偏離，直到達到最大位移。當彈簧不能繼續壓縮時，又呈現出剛性連接的現象。模具的運動又同步了，成形力繼續升高。
圖17 參考物體關聯到壓力機的模具彈簧的應用案例及結果歷程圖
通常仿真開始之前首先要做的是進行合理性檢查,驗證一下在該進程中所有力的合力是否為零或接近于零。
展開 CAE仿真對汽車零部件的仿真分析（一）離合器拉力強度分析
將所有螺絲連接簡化成耦合，將所有接觸面設定為通用接觸，固定住離合器蓋，然后在膜片彈簧局部施加約1200N向外的推力，壓盤將推動摩擦片和從動輪向飛輪方向移動，移動超過0.35mm之后，摩擦片將和飛輪擠壓在一起，計算此時膜片彈簧以及其他零部件的應力以及變形狀況。
分析結果：
應力云圖-總裝應力云圖
應力/變形云圖(一)
應力/變形云圖(二)
應力/變形云圖(三)
應力/變形云圖(四)
結果匯總：
在施加約1200N的力的情況下，總裝最大應力產生在膜片彈簧上，其次為鋼片上應力較大。
總結：
通過對汽車離合器拉力強度分析，我們可以看出合理運用CAE仿真技術，可以有效的解決汽車研發過程中一些技術上的難點和問題，縮短研發周期從而提升產品的市場競爭力。
展開 非線性不收斂原因及workbench解決方案
4、檢查模型是否存在約束不充分的情況：這主要是通過施加合理的約束方法來解決，例如施加弱彈簧、施加對稱約束、接觸調整、力載荷加載更改為位移載荷加載等。
5.檢查網格：尤其是錯誤信息提示有“單元出現嚴重扭曲”的語句時，通過手動改善網格質量或者非線性網格自適應技術改善收斂性。當然，單元出現嚴重扭曲的情況也有可能是載荷步過大引起，具體情況具體分析。
6、檢查材料參數設置
：材料模型不正確意味著不合理的應力應變關系，在施加載荷后往往出現不合理的結構響應，導致自由度位移過大而不收斂。具體說就是檢查材料的楊氏模量、非線性材料參數等是否正確，尤其注意輸入材料參數時的單位問題。
7、檢查結構是否出現屈曲失穩：如果我們分析的結構在結構變形過程中出現了屈曲、剛度突變的情況，也是非線性不收斂的一個重要原因，此時需要采取增加增加結構阻尼或者使用弧長法來克服此類問題。
8、檢查接觸的設置：接觸是一個狀態非線性問題，很多結構不收斂的原因主要由接觸引起，此時可以通過調整不同的接觸參數來改善收斂性，例如更改接觸行為方式，法向罰剛度因子，pinball范圍大小，接觸探測方法等等。
9、檢查非線性求解器的選擇：Ansys默認的求解方法是迭代法（iterative），該方法求解快，需要內存較少，大多數情況，該方法是可行的。但有時候為了追求精度更高，更具有魯棒性，直接迭代法（direct）或許能更好的收斂。
10、嘗試用新版
本。ANSYS更新的版本或許針對求解器，針對接觸有更新、更好的設置。例如隨著版本不斷更新，ANSYS陸續增加了自適應網格技術、接觸剛度指數迭代技術、半隱式算法等等來幫助客戶應對更復雜的收斂問題。
作者 | reedy
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