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弹簧单元介绍

该文章由六嘉机械科技研发设计部“老哥”原创,使用请提前联系本公司。

弹簧单元可以定义节点受到的力与节点位移或相对位移之间的关系。主要的分类方式有两种:

1、按弹簧的性质可将其分为线性弹簧和非线性弹簧。线性弹簧可以通过软件操作定义,非线性弹簧则需要在inp文件里面操作语句实现。线性弹簧的本构通过弹性系数表达,非线性弹簧则需要通过力和位移的关系表达。
2、按照弹簧力的方向及弹簧的几何特点,可以分为接地弹簧(Spring1),两节点弹簧(Spring2)和轴向弹簧(SpringA)。三者都是既可以表达线性本构,也可以表达非线性本构。

Spring1:接地弹簧,该弹簧的一个结点(隐含的,不需要定义)是不动的,另一个结点定义在我们需要约束的节点上。弹簧力的方向,即被约束自由度的方向,需要我们定义,既可以在整体坐标系下定义,又可以在结点局部坐标系下定义。
Spring2
:两结点弹簧,弹簧力的方向同Spring1
SpringA
:轴向弹簧,弹簧力的方向由两节点的连线方向确定。此外,需要注意的是:Spring1Spring2可以约束转角自由度,即抗扭弹簧,而SpringA不可以。

接下来以Spring1为例,分别介绍在HypermeshAbaqus里面如何建立弹簧单元。

1Hypermesh里面建立弹簧单元,步骤如下:

1)新建组和节点:在左侧component处先新建一个组,用于存放弹簧单元,同时,在模型需要定义弹簧连接点的地方新建一个节点node  

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 2)建立弹簧单元:在操作区1D里面,点击mass按钮,出现node选项的位置点击选择(1)中建立的node节点,type类型选择spring1。此时,在新建的component中就出现一个新的element单元;

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3)定义弹簧刚度:单击properties按钮,name处命名弹簧刚度(如stiff1),type处选择Line Sectioncard image处选择spring,点击create创建。此时,在左侧树状区Property下即出现stiff1项。

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左键单击选中新建的stiff1,右键点击选择Card Edit即出现编辑对话框,dof处为自由度方向,如X方向可输入1stiffnes为刚度值,单位与模型统一;User comments下方只勾选no_auto_prefix_for_names,其余默认即可;

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4)刚度赋予:

在左侧树状区,component处单击点中弹簧单元Spring,右键单击后选择Assign,在出现的对话框中,Property处下拉选择stiif1即可。

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至此,在Hypermesh里面带有刚度的弹簧定义完成,如果有多个方向的刚度需要定义,则重复上述步骤即可。需要说明的是,Hypermesh里面创建的弹簧单元在导入到Abaqus后,可通过Module处选择Property、然后在顶部工作栏区点击Special>Springs/Dashpots> Manager查看。

2Abaqus里面建立弹簧单元

需注意,模型应先在Hypermesh里面建立相应的弹簧连接点的set集,以便于在Abaqus里面操作。即需将前面Hypermesh中介绍的1、(1)中的nodenodeset的形式新建一个集,如SP。接下来的步骤如下:

1)设置好工作目录后,file>import,导入模型的inp文件;

2新建弹簧单元:Module处选择Interaction,然后在顶部工作栏区点击Special>Springs/Dashpots>Manager,在出现的对话框中点击create,命名后选择Connect points to ground    standard 

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3)定义弹簧属性:接下来依次单击选择set…按钮,在出现的对话框中点中建立的set点集(这里是SP),点击continue,最后出现弹簧的编辑对话框,分别定义自由度和刚度即完成。 

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至此,在Abaqus中的弹簧定义完成,如果有多个方向的刚度需要定义,则可将新建的弹簧进行copy,修改其中的自由度和刚度即可。



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