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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.

本案例適合哪些人學(xué)習(xí)：1、學(xué)習(xí)型仿真工程師2、理工科院校學(xué)生你會(huì)得到什么：1、學(xué)習(xí)彈簧三維模型的處理2、學(xué)習(xí)靜力學(xué)分析步的建立3、學(xué)習(xí)靜力學(xué)分析的邊界條件的施加4、學(xué)習(xí)靜力學(xué)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(xué)分析。

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。

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。

相同的方法可以批量生成彈簧，如圖所示------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------歡迎關(guān)注微信公眾號(hào)：CAE_ANSYS 歡迎關(guān)注我的頁(yè)面大龍貓??-技術(shù)鄰 (jishulink.com

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)。

ANSYS中并沒(méi)有特定的隔震單元，但提供了一系列的彈簧-阻尼器單元，可以通過(guò)組合單元模擬隔震支座的力學(xué)特性。采用COMBIN14單元模擬隔震支座的豎向剛度，COMBIN14又稱彈簧-阻尼器單元，具有1D、2D和3D的軸向或扭轉(zhuǎn)能力。軸向彈簧-阻尼器為單軸拉壓行為，每個(gè)單元有2個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)有3個(gè)自由度，即沿著X、Y和Z方向的三個(gè)平動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)位移。

</p><p>ANSYS中并沒(méi)有特定的隔震單元，但提供了一系列的彈簧-阻尼器單元，可以通過(guò)組合單元模擬隔震支座的力學(xué)特性。采用COMBIN14單元模擬隔震支座的豎向剛度，COMBIN14又稱彈簧-阻尼器單元，具有1D、2D和3D的軸向或扭轉(zhuǎn)能力。軸向彈簧-阻尼器為單軸拉壓行為，每個(gè)單元有2個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)有3個(gè)自由度，即沿著X、Y和Z方向的三個(gè)平動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)位移。

下圖展示了這些材料在設(shè)計(jì)中的裝配位置： 圖 2：Ansys材料定義 設(shè)置機(jī)械連接方式和生成網(wǎng)格 指定材料以后，就可以在模型中設(shè)定連接方式。每個(gè)反射鏡通過(guò)彈簧螺栓和固定擋塊的組合來(lái)安裝固定。彈簧螺栓會(huì)擠壓反射鏡使其與另一側(cè)的固定擋塊保持接觸。每個(gè)反射鏡使用 3 個(gè)這樣的設(shè)置來(lái)限制 3 個(gè)維度的移動(dòng)。

但在實(shí)際工程中，往往遇到相反的情況：我們知道彈簧需要壓縮多少（比如 2cm），但想知道需要多大的力。01 案例概述物理場(chǎng)景：一個(gè)四圈半的鋼制彈簧，一端固定，另一端需要拉伸（或壓縮）2cm。核心目標(biāo)：求解彈簧達(dá)到該變形量時(shí)，端部需要施加的載荷大小。02 軟件設(shè)置與詳細(xì)步驟第一步：項(xiàng)目建立與幾何導(dǎo)入 打開(kāi) Ansys Workbench。

ansys中實(shí)現(xiàn)支座僅受壓行為的方式有很多，最常用的有兩種：通過(guò)接觸，通過(guò)僅受壓彈簧。 彈簧單元是ANSYS中使用頻率較高的單元。正常非線性彈簧單元combin39單元可以實(shí)現(xiàn)僅受壓或者僅受拉功能，其單元功能較多，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。下面分享某段工程案例中的實(shí)際用到的僅受壓彈簧整套批量建模命令流。

在以前的版本中在沒(méi)有軸承支撐的情況下采用三個(gè)方向的彈簧設(shè)置就行，workbench中的彈簧方便了軸承剛度的設(shè)置，在新的workbench中可以采用bearing添加，只要設(shè)置剛度即可，設(shè)置選項(xiàng)如下所示。主要為轉(zhuǎn)動(dòng)平面Y-Z，各個(gè)方向的彈簧剛度。彈簧剛度表水平方向，豎直方向和夾角方向，如圖所示. 右側(cè)軸承的設(shè)置方法同上，結(jié)果如下圖所示，會(huì)形成一個(gè)圓環(huán)表示。

將模型導(dǎo)入ANSYS仿真軟件中，利用ANSYS中的共享拓?fù)涮卣鲗?duì)從動(dòng)活塞進(jìn)行進(jìn)一步劃分。共享拓?fù)洳僮鞯哪繕?biāo)是保證鏈接的實(shí)體具有共享的面，這使得創(chuàng)建共形網(wǎng)格變得更加容易。彈簧端粘合到支撐件上，并且從動(dòng)件支架使用固定支撐件命令進(jìn)行固定，因?yàn)樗鼮?em>彈簧提供了阻力。（表1） 表 1 .

控制點(diǎn)對(duì)軸向彈簧幾何形狀的局部影響取決于NURBS曲率（見(jiàn)圖4）。 圖4：uv平面中螺旋的產(chǎn)生和變化 05 仿真模型使用螺旋彈簧的參數(shù)化有限元模型進(jìn)行數(shù)值仿真。利用AnsysMechanicalAPDL(Ansys參數(shù)化設(shè)計(jì)語(yǔ)言)進(jìn)行仿真。本案例中，我們采用二次單元以及線彈性模型，進(jìn)行靜力、幾何非線性的計(jì)算。

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。

大多數(shù)CAE軟件（如ANSYS、ABAQUS、Nastran）中，彈簧單元通常僅支持實(shí)數(shù)剛度（彈性部分），而阻尼特性需通過(guò)附加阻尼單元或材料模型實(shí)現(xiàn)。具體實(shí)現(xiàn)方式如下： 儲(chǔ)能剛度 K′：直接作為彈簧單元的剛度值。

作動(dòng)器的結(jié)構(gòu)形式有很多，但工作原理都是相同的，且大都包含鐵心、線圈、銜鐵和彈簧等基本組成部分。