Optistruct仿真分析之连接对比

“使用Abaqus中的连接器来模拟弹簧行为。”01 Abaqus中的弹簧弹簧，作为一种使用频率比较高的部件，常常在各种结构中见到。一般来说，弹簧约束了两个部件的相互关系，使得它们只能在弹簧轴向发生相互运动。那么，在Abaqus中如何去模拟弹簧呢？模拟弹簧的方法不止一种，今天介绍下使用连接器(Translator)来模拟弹簧的方法。首先介绍下连接器模拟弹簧的基本原理和参数的含义。打开Abaqus，切换到Interaction模块，点击Create Connector Section，在Connection Type中选择Translator，如下图所示。点击Continue，进入编辑界面，在Behavior Options中点击右侧加号，弹出可以设置的各种属性，在模拟弹簧时常用的几种属性含义为：Elasticity用来定义弹簧的弹性系数。Reference length指弹簧的原长，即弹簧受力为零时的长度。Stop的上下限指的是弹簧被压缩或拉长的最大限度。Lock指的是当弹簧的变形达到某个值时，弹簧被锁住，不能再变形。Stop和Lock的区别在于，达到Stop的变形限度时，弹簧仍然可以朝着反方向变形；弹簧达到Lock的变形限度时，弹簧不能再变形，即便反方向也是。下面用一个弹簧振子的例子，来在Abaqus中具体操作下如何创建弹簧。02 弹簧振子模型弹簧振子是结构动力学中基础的概念之一，最简单的弹簧振子就是一个质量块连接着一个弹簧，固定弹簧一端，使质量块能够随着弹簧伸长缩短而移动。弹簧振子模型涉及到的质量、刚度、频率、阻尼等之间的关系这里不做叙述，感兴趣可以从大部分结构动力学书籍中找到。这里只讨论如何使用Abaqus实现弹簧振子模型。打开Abaqus，创建一个方块。再创建一个刚性面以及参考点，作为固定面。将刚性面和方块装配到一起，使它们的参考点在同一高度，在两个参考点间创建一个Wire。在Interaction模块，为方块添加刚体约束，并创建Connnector Section，选择Type为Translator，设置弹簧为线性，设置弹性系数为10N/mm。这样一个最简单的弹簧属性就设置好了。设置好之后点击Creat Connector Assignment，选择前面创建的Wire，赋予弹簧属性，注意应该在Orientation 1 中创建一个局部坐标系，该局部坐标系的x轴方向与弹簧轴向平行。这样一个线性、只具有刚度系数一个参数的弹簧振子模型就建好了。如下图所示。创建一个静力分析步，刚性面完全固定，给刚体块一个沿弹簧轴向10mm的拉伸量，在场变量结果输出中增加支反力RF，提交分析。由于两个部件都是刚体，因此没有应力结果。查看刚性面参考点的支反力结果如下图所示。由于我们设置弹簧刚度系数为10N/mm，因此刚体块沿弹簧轴向变形10mm时，弹簧力线性增长到100N。如果希望更清楚看到弹簧振子的运动，可以将分析步切换成显式分析步，由于弹簧振子运动周期 ，其中k为弹簧刚度系数，m为质量块质量。为了使计算加快，调整刚度系数为1000N/mm，质量为7.86kg，则周期为0.0176s，设置分析步时长为0.088s，即5个周期。在弹簧属性中，增加Reference Length的设置，本例中质量块和刚性面间距为100mm，因此可设弹簧原长为80mm，相当于弹簧初始被拉伸20mm，也就是弹簧振子的振幅为20mm。设置历史变量输出，增加Wire的支反力RF和轴向位移U3。由于刚性面为刚体，质量块又加了刚体约束，因此需要在分析步指定增量步长，这里设置为0.0001s，提交计算。查看位移和支反力结果如下图所示。在弹簧属性中添加Stop参数来查看其功能。在Stop中设置弹簧长度下限为70mm，提交计算。查看结果如下图所示。若要查看lock的功能，可以增加lock属性，如图所示，设置弹簧在长度变为70mm时锁定。提交计算，得到结果如图所示。03 总结总结如下：1. 在Abaqus中，可以使用Translator来模拟弹簧行为；2. 弹簧属性中，Elasticity用来定义弹簧的弹性系数。Reference length指弹簧的原长，即弹簧受力为零时的长度。Stop的上下限指的是弹簧被压缩或拉长的最大限度。Lock指的是当弹簧的变形达到某个值时，弹簧被锁住，不能再变形。3. 当显式分析中没有可变形单元时，Abaqus无法自动确定增量步长，此时可以自定义增量步长。来源：仿真老兵