彈簧單元的案例
一鍵生成非線性彈簧單元！！！
概述
在使用ABAQUS中的非線性彈簧單元研究鋼筋混凝土粘結(jié)滑移、土體和樁的非線性剛度等問題時，需要在樁基和土體間建立彈簧單元。手動操作不太現(xiàn)實，因此本文使用python開發(fā)了腳本，可用于快速生成彈簧單元。
2.效果演示
3.核心代碼
給出核心代碼如下供大家參考，如想快速獲取需完整代碼可聯(lián)系小編（扣q1871858827）。
4.非線性彈簧單元
ABAQUS/CAE中暫時僅支持定剛度彈簧單元，如需創(chuàng)建非線性彈簧單元，需要在inp文件中修改關(guān)鍵字。
inp文件中修改示意（僅供參考）。
5.參考文獻(xiàn)
Abaqus Example Problems Guide (6.14)
Abaqus Analysis User's Guide (6.14)
展開 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)合用戶手冊和項目經(jīng)歷帶大家讀懂彈簧單元。</p><p><br></p><p class="ql-align-center"><strong>01</strong>彈簧單元類型</p><p>用戶手冊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>兩個節(jié)點之間的軸向彈簧，其作用線是連接兩個節(jié)點的線。在大位移分析中，這條作用線可能會發(fā)生旋轉(zhuǎn)。</p><p><strong>喵星人點評：</strong></p><p>軸向彈簧的力僅作用于軸線上，因此只有平動自由度1/2/3而無轉(zhuǎn)動自由度</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)點與地面之間沿固定方向作用的彈簧</p><p><strong>喵星人點評：</strong></p><p>也可稱其為接地彈簧，通常應(yīng)用于土與結(jié)構(gòu)相互作用，例如樁基等。
展開 HyperWorks（Hypermesh）+Abaqus彈簧單元（spring）創(chuàng)建及設(shè)置方法 ￥9.9
<p> 彈簧單元有3種類型：接地彈簧（spring1）、兩結(jié)點彈簧（spring2）、軸向彈簧（springA）。</p><p> <strong>spring1</strong>，接地彈簧，一個結(jié)點在大地上，只需定義另一個結(jié)點；需要定義彈簧力的方向。</p><p> <strong> spring2</strong>，兩結(jié)點彈簧，需要定義彈簧力的方向。</p><p> <strong> springA</strong>，軸向彈簧，不需要定義彈簧力的方向，由兩結(jié)點的連線方向確定。</p><p> 常使用springA彈簧單元。</p><p><br></p><p> 本案例分別介紹<u>HyperWorks（Hypermesh）</u>和<u>Abaqus</u>中彈簧單元springA和spring2的創(chuàng)建及設(shè)置方法（spring1可參照設(shè)置）。</p><p> 以圖文方式詳細(xì)描述每一步需要填寫的內(nèi)容及釋義，通過本使用教程，您將可以按教程詳細(xì)步驟一步步設(shè)置彈簧單元spring，即便是小白也能快速上手使用。</p><p><br></p><p><br></p><p><br></p>
展開 (一維彈簧單元的直接剛度方法)Python編程和ABAQUS結(jié)果對比
在學(xué)習(xí)《有限元方法基礎(chǔ)教程》過程中，通過自己編程實現(xiàn)有限單元法的數(shù)值解答，加深對理論的理解。這個在我去年的時候就已經(jīng)發(fā)過帖子了，但是沒有講解代碼，沒有和ABAQUS有限元軟件對比。這次發(fā)帖子就是想講解代碼以及和ABAQUS結(jié)果對比，發(fā)現(xiàn)我又更深層次理解了有限元方法。
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(lán)色是輸出。主要是要區(qū)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(tǒng)，單元節(jié)點信息如下，5節(jié)點受到一個強(qiáng)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(jié)果如下：
可以看到，輸出結(jié)果和書上的答案一致。
下面進(jìn)行ABAQUS模擬：
添加彈簧單元
添加邊界條件
顯示單元編號、節(jié)點編號如下所示，紅色表示單元編號，黃色是節(jié)點編號
ABAQUS計算結(jié)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(jié)果一致
位移云圖如下所示，基本和直接剛度法計算的結(jié)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(jié)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(zhuǎn)化為一維的，方便和編程的結(jié)果對比
從結(jié)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(biāo)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 
ansa里創(chuàng)建彈簧和阻尼單元
分享關(guān)于創(chuàng)建彈簧和阻尼單元的
在deck里的element-discrete，得到的關(guān)鍵字是*element_discrete。
默認(rèn)每次創(chuàng)建時，得到的都是彈簧單元，于是顯示出來的也是彈簧單元
那么如何顯示阻尼呢？
我們可以查詢建立的彈簧單元的pid，然后修改該pid的材料號為阻尼材料，這樣顯示就會更新為阻尼標(biāo)識。
我想與其在建立后改來改去，還不如在創(chuàng)建時，把pid賦予好吧，這樣更方便
結(jié)果：
基于ABAQUS彈簧單元（springa+spring1）的創(chuàng)建及靜力學(xué)分析 ￥40
彈簧單元是ABAQUS的特殊功能單元，可以直接定義結(jié)點受到的力與結(jié)點（相對）位移的關(guān)系，所以彈簧單元可以方便的表達(dá)一些界面接觸特性。彈簧的種類：按照本構(gòu)分，彈簧單元可分為線性（linear）彈簧和非線性（nonlinear）彈簧。按照彈簧力的方向及彈簧幾何特點，又可以分為接地彈簧（spring1），兩結(jié)點彈簧（spring2），軸向彈簧（springa）。
線性（linear）彈簧可以通過CAE定義，非線性（nonlinear）彈簧則需要修改或者寫inp 文件。spring1，接地彈簧，該彈簧的一個結(jié)點（隱含的，不需要定義）是不動的，另一個結(jié)點定義在我們需要約束的節(jié)點上。彈簧力的方向，即被約束自由度方向，需要我們定義，既可以在整體坐標(biāo)系下定義，又可以在結(jié)點局部坐標(biāo)系下定義（查看orientation）。
spring2，兩結(jié)點彈簧，彈簧力的方向同上。
springa，軸向彈簧，彈簧力的方向由兩結(jié)點的連線方向確定。
另外注意：spring1，spring2可以約束轉(zhuǎn)角自由度，即抗扭彈簧，而springa不可以。
本案例主要講述如何在ABAQUS中創(chuàng)建接地彈簧（spring1）、軸向彈簧（springa）。購買本案例的朋友附件中同時贈送了非線性接地彈簧的創(chuàng)建模型。
彈簧變形動畫
ABAQUS中spinga彈簧及接地彈簧的創(chuàng)建
ABAQUS中有限元分析結(jié)果
展開 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，通常在鋼筋和混凝土的相應(yīng)結(jié)點之間設(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(jié)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(yīng)節(jié)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 空氣彈簧單元生成方法
最近在做一個空瓶子的充氣倒落過程，需要用到空氣彈簧，這里做一個小例子，解釋用法。
首先建立一個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)點復(fù)制到excel表格中。每行有5個數(shù)字，第一個數(shù)字代表單元編號，后面四個代表這個單元所包含的節(jié)點編號。我們要做的就是把單元編號改掉，而節(jié)點編號不變。這樣，改動過的新單元與舊單元就擁有了共同的節(jié)點。新單元type=F3D4，這樣我們就有了與S4R共節(jié)點的但是單元編號不一樣的F3D4空氣彈簧單元。我這里將S4R單元統(tǒng)一移動了100個編號，變成F3D4單元。注意，這兩種單元的編號一定不能重復(fù)。如圖2所示。
圖2
將F3D4單元編號和節(jié)點復(fù)制到INP文件中，并在開頭寫上關(guān)鍵字
*Element, type=F3D4
還要增加一個空氣彈簧單元集合，
*Elset, elset=SET-AIRSKIN, generate
101, 152, 1
2. 預(yù)定義場（壓力、溫度）
打開cae，重新讀入上面改動過的inp模型。
添加一個與節(jié)點不重合的參考點集合：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 基于Hyperworks+ABAQUS彈簧單元（spring2）的創(chuàng)建及靜力學(xué)分析 ￥35
彈簧單元是ABAQUS的特殊功能單元，可以直接定義結(jié)點受到的力與結(jié)點（相對）位移的關(guān)系，所以彈簧單元可以方便的表達(dá)一些界面接觸特性。彈簧的種類：按照本構(gòu)分，彈簧單元可分為線性（linear）彈簧和非線性（nonlinear）彈簧。按照彈簧力的方向及彈簧幾何特點，又可以分為接地彈簧（spring1），兩結(jié)點彈簧（spring2），軸向彈簧（springa）。
線性（linear）彈簧可以通過CAE定義，非線性（nonlinear）彈簧則需要修改或者寫inp 文件。spring1，接地彈簧，該彈簧的一個結(jié)點（隱含的，不需要定義）是不動的，另一個結(jié)點定義在我們需要約束的節(jié)點上。彈簧力的方向，即被約束自由度方向，需要我們定義，既可以在整體坐標(biāo)系下定義，又可以在結(jié)點局部坐標(biāo)系下定義（查看orientation）。
spring2，兩結(jié)點彈簧，彈簧力的方向同上。
springa，軸向彈簧，彈簧力的方向由兩結(jié)點的連線方向確定。
另外注意：spring1，spring2可以約束轉(zhuǎn)角自由度，即抗扭彈簧，而springa不可以。
本案例講述的是如何在Hyperworks的ABAQUS模塊中創(chuàng)建spring2（兩結(jié)點彈簧，彈簧力的方向同上。），后面有時間將陸續(xù)在后續(xù)案例中講述如何在Hyperworks+ABAQUS中創(chuàng)建spring1（接地彈簧）及springa（軸向彈簧）。
彈簧變形動畫
ABAQUS中有限元分析結(jié)果
展開 基于Hyperworks+ABAQUS彈簧單元（springa）的創(chuàng)建及靜力學(xué)分析 ￥35
彈簧單元是ABAQUS的特殊功能單元，可以直接定義結(jié)點受到的力與結(jié)點（相對）位移的關(guān)系，所以彈簧單元可以方便的表達(dá)一些界面接觸特性。彈簧的種類：按照本構(gòu)分，彈簧單元可分為線性（linear）彈簧和非線性（nonlinear）彈簧。按照彈簧力的方向及彈簧幾何特點，又可以分為接地彈簧（spring1），兩結(jié)點彈簧（spring2），軸向彈簧（springa）。
線性（linear）彈簧可以通過CAE定義，非線性（nonlinear）彈簧則需要修改或者寫inp 文件。spring1，接地彈簧，該彈簧的一個結(jié)點（隱含的，不需要定義）是不動的，另一個結(jié)點定義在我們需要約束的節(jié)點上。彈簧力的方向，即被約束自由度方向，需要我們定義，既可以在整體坐標(biāo)系下定義，又可以在結(jié)點局部坐標(biāo)系下定義（查看orientation）。
spring2，兩結(jié)點彈簧，彈簧力的方向同上。
springa，軸向彈簧，彈簧力的方向由兩結(jié)點的連線方向確定。
另外注意：spring1，spring2可以約束轉(zhuǎn)角自由度，即抗扭彈簧，而springa不可以。
本案例講述的是如何在Hyperworks的ABAQUS模塊中創(chuàng)建springa（軸向彈簧）。
彈簧變形動畫
ABAQUS中有限元分析結(jié)果
展開 彈簧單元combin39如何實現(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，單元選項設(shè)置復(fù)雜，在很多方面都有其獨特的運用，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。
要利用該單元實現(xiàn)單向彈簧，首先要讀懂該單元各個單元關(guān)鍵項的意思，該單元有很多關(guān)鍵項，不同的設(shè)置會有不同的單元表現(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，第B種和第e種情況可實現(xiàn)單向彈簧的功能，這兩者的主要區(qū)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(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
!
展開 
北鯤云講堂 | 10月25日：ANSYS彈簧單元的應(yīng)用與建模過程
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(yīng)用與建模過程。
李安民博士：結(jié)構(gòu)工程專業(yè)高校教師，在讀博士研究生。從2009年開始從事有限元的應(yīng)用和教學(xué)，在國家科技支撐計劃、多項國家自然科學(xué)基金面上項目以及大量橫向課題中廣泛使用有限元進(jìn)行仿真分析。長期進(jìn)行有限元分析的咨詢工作。擅長土木方面的建筑物、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。
通過三個案例說明彈簧單元的應(yīng)用，再通過過一個完整計算實例演示一步一步地說明如何建立彈簧單元。
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展開 空氣彈簧單元生成方法
做一個空瓶子的充氣倒落過程，需要用到空氣彈簧，這里做一個小例子，解釋用法。
首先建立一個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)點復(fù)制到excel表格中。每行有5個數(shù)字，第一個數(shù)字代表單元編號，后面四個代表這個單元所包含的節(jié)點編號。我們要做的就是把單元編號改掉，而節(jié)點編號不變。這樣，改動過的新單元與舊單元就擁有了共同的節(jié)點。新單元type=F3D4，這樣我們就有了與S4R共節(jié)點的但是單元編號不一樣的F3D4空氣彈簧單元。我這里將S4R單元統(tǒng)一移動了100個編號，變成F3D4單元。注意，這兩種單元的編號一定不能重復(fù)。如圖2所示。
圖2
將F3D4單元編號和節(jié)點復(fù)制到INP文件中，并在開頭寫上關(guān)鍵字
*Element, type=F3D4
還要增加一個空氣彈簧單元集合，
*Elset, elset=SET-AIRSKIN, generate
101, 152, 1
2. 預(yù)定義場（壓力、溫度）
打開cae，重新讀入上面改動過的inp模型。
添加一個與節(jié)點不重合的參考點集合：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 第一篇：彈簧單元
序：我要寫一期python和Abaqus與有限元的文章，從彈簧單元、桿單元一直到實體單元，通過簡單的實例用python編程，Abaqus驗證結(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2與節(jié)點3的位移；c）節(jié)點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i
節(jié)點j
1
1
2
2
2
3
步驟2：寫單剛
步驟3：寫總剛
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 ABAQUS彈簧單元應(yīng)用實例
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)格劃分也會更規(guī)則。兩個圓盤平行，相距5m，用彈簧單元連接。
如圖所示，上面的圓盤受壓，與下面的圓盤通過彈簧連接。下面的圓盤用接地彈簧約束住。這個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pdf文件，命令流見inp文件。
ABAQUS彈簧單元應(yīng)用實例.pdf
Job-1.rar
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技術(shù)鄰?fù)扑]：
Abaqus 中創(chuàng)建零厚度cohesive單元的幾種方法
ABAQUS焊接模擬-移動熱源（DFLUX）-平板對接不帶生死單元圖文介紹
鋼管混凝土落錘實驗?zāi)M
展開 