ABAQUS 弹簧单元应用实例
这几天研究了一下弹簧的使用问题，参看了 simwe 论坛里很多帖子，获益匪浅。作为一个初学者，感觉论坛里面特别基础的弹簧教程比较少，我在学习的过程中纠结了很久，走了一些弯路，因此当我学会以后，特别想把自己的经验与所有初学者分享。本文是我自己独立做的添加线弹性弹簧的小例子，涵盖了 ABAQUS 添加线性弹簧的最基础步骤，也许有的概念也不完全正确，真诚希望能与大家一起讨论，共同进步。
模型概况：建立两个一模一样的圆盘，直径 1m。建好后，用 partition 命令分割成如下图所示，这样比较好加弹簧，网格划分也会更规则。两个圆盘平行，相距 5m，用弹簧单元连接。
圆盘选择 3D——Deformable——shell——pla nar，然后用画圆的命令画一个半径 0.5m的圆盘即可。重复上述操作，画出第二个圆盘。
进入 property 模块，设置圆盘的材料参数：模型采用线弹性即可，最简单方便，参数如下：弹性模量 2e11， 泊松比 0.2。
Assembly 是比较关键的一步，在这一步中将使两个圆盘距离变为 5m（最初建模时是叠加在一起的，当然也可以建模时就设定好距离，但是这样比较麻烦，个人觉得还是用 assembly 更加直观方便）。
创建一个 instance 
，把两个 part 都选中，此时两个 part 是重叠的，点击 ok。用平移按钮
，只要移动圆盘上一个点的坐标，就可以实现整个圆盘的平移，具体操作为：选中一个圆盘，输入要移动的点的坐标（0,0,0），如下图：
再输入平移后的坐标（0,0,5），平移完成如下图
进入 step 模块，建立一个 step，static，一切选择默认即可。
接下来要在两个圆盘之间用弹簧连接。进入 interaction 模块，选择工具条中的 Special
——Springs/Dashpots，创建新的弹簧。ABAQUS 里面的弹簧有两点间的弹簧和接地的弹簧， 这里我们选择两点间的弹簧，如下图
然后软件让你选择弹簧的第一个点和第二个点，由于我们事先已经分割好 part 了，就直接对应的添加就行了。弹簧刚度设为 5e6，你也可以设置阻尼（Dashpot coefficient），不过本例中只涉及线性弹簧。每添加完一对弹簧就点下图右边的 Add pairs，就能继续添加， 最后加好了就是下面的样子（一共建立了 17 对弹簧，包括 16 对位于圆盘边上的和 1 对位于圆盘中心点的）:
接下来为最下面的圆盘设置接地的弹簧。此时可以选择在全局坐标系或者局部坐标系中添加，我们先用全局坐标系添加。
选择圆盘边缘的所有点，然后点击 done，可以看到下图中 orientation 为 global，这就是全局坐标系，如果要用到局部坐标系，可以点击 edit 选择或者 creat 新建一个你想要的局部坐标系。
如何建立局部坐标系呢？方法如下（不需要的可以不看）
在上图的坐标系选项 orientation 中点击 creat 后出现如下对话框：
选择默认的 rectangular 即可，点击 continue，在窗口底部出现如下提示
（0,0,0）是全局坐标系的点，意思就是让你用全局坐标系的坐标来定义一个新的局部坐标系。你可以直接选择新坐标系的原点，也可以在对话框中直接输入，比如 0,0,0，回车，然后出现下面的提示，让你选择新坐标 x 轴的方向
这里我们将圆盘轴向设定为 x 轴（即原来全局坐标系的z 轴），因此输入 0,0,1，回车，再出现如下提示，让你选择 x-y 平面上的一个点，这里输入 0,1,0，回车
新坐标系建好了，会显示在最下面圆盘的中心点位置。
用局部坐标系建立弹簧的话，可以选择弹簧自由度为 1，即局部 x 方向。
下面设置荷载和边界条件。
给最上面的圆盘整体施加 pressure，大小为 10.
最下面的弹簧受力完全由上面通过弹簧传递而来。
只有弹簧约束是不够的，最上面圆盘会发生移动，因此要给最上面的圆盘添加 x，y 方向的位移约束。但是对于最下面的圆盘来说，如果采用新局部坐标系下自由度为 1 的接地弹簧， 则需要约束住 x，y 方向的位移，如果采用全局坐标系下自由度为 3 的接地弹簧机，则不需要任何约束，三个方向的弹簧就相当于一种约束了，我计算的两种设置的分析结果是一样的， 大家可以试试。
最下面圆盘有 x，y 位移约束 无 x，y 位移约束
下面划分网格，设全局大小为 0.2,（或者自己设定你想要的精度），我选的 sweep 方法，S4R单元，最后 mesh 一下即可
最后，建立一个 job，提交，ok。
查看结果：
可以看到，最上面的圆盘向下压缩，底部的圆盘也有微小变形。你可以使用动画来观察动态结果，看着弹簧向下压缩还是挺好玩的^_^
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