ABAQUS-Axial Connector轴向连接器的理解和应用

介绍

        当谈到在 ABAQUS 中模拟物理连接时，轴向连接器占据了重要地位。在这篇文章中，我们深入研究了使用轴向连接器的方法，特别关注定义线性或非线性刚度的场景——这在工程模拟中很常见。

轴向连接器简介

 轴向连接定义了两个节点之间的链接，允许b点相对a点沿连线方向发生相对位移。该连接器可以模拟一系列物理连接，包括轴向弹簧、减震器、缓冲器或类似于间隙的节点到节点接触。

节点位置和初始位移

节点“a”和“b”最初可以位于相同位置或不同位置，尽管我们这里的重点主要是它们以不同初始位置开始的情况 - 99% 的应用中都会遇到这种情况。

坐标系和位移方向

        创建轴向连接器后，会自动生成笛卡尔坐标系，原点位于点“a”，x 轴从“a”指向“b”。该方向上的位移表示为“u ₁ ”，仅允许沿该轴施加力。我们将探讨连接器长度变化产生的力，这是使用轴向连接器时的一个关键方面。

设置轴向连接器

        要启动轴向连接器，必须在 ABAQUS 中定义连接器属性。这是指定行为属性的地方，例如轴向刚度（弹性）、阻尼和参考长度。对于我们当前的研究，定义的关键属性是轴向刚度和参考长度。

了解轴向刚度和参考长度

        轴向刚度（在 ABAQUS 中称为弹性）控制着长度变化和轴向力之间的关系。例如，如果弹性设置为 10 N/mm，则长度变化 5 mm 会产生 50 N 的力。

参考长度表示不存在轴向力的长度——类似于弹簧的松弛状态。

具有恒定刚度的轴向连接器示例

让我们想象一下节点“a”和“b”之间的起始间隙为 50 mm，与参考长度完全匹配（也是 50 毫米）。开始时，连接器上没有作用力。现在，假设我们将其中一个节点沿轴向移动 5 毫米，使节点之间的间隙变宽，现在为 55 毫米。这时导致力计算为：10 N/mm * 5 mm，结果为 50 N 的力。但是您可能想知道，这个力作用在哪个方向？

要了解力的方向，请将其想象为弹簧。如果最终长度大于参考长度，则轴向连接器会受到拉力。因此，连接器将尝试将节点拉得更近。然而，这里有一个问题——需要施加外力来保持节点间距离。因此，当连接器想要重新连接节点时，需要一个相反的力来尝试分离节点。这种动态交互定义了轴向连接器如何响应节点之间距离的变化。

具有非线性刚度的轴向连接器示例

    使用 ABAQUS 时，设置轴向刚度非常简单。您有两种选择：将其设置为恒定值，在力和位移之间创建简单的线性关系 - 类似于我们刚刚练习的示例。或者，您可以通过定义非线性关系来模拟更复杂的应用场景。在这种情况下，您需要使用力与位移的表格创建一条曲线。这就像在笔直的道路和弯曲的路径之间进行选择，具体取决于实际模拟的复杂性。

例如，假设我们有下表将力和位移联系起来：

请注意，在此表中指定的点之间会发生线性插值，从而产生类似于分段一阶多项式函数的图。

解释如下：假设我们有 25 毫米的正位移，这意味着“a”点和“b”点之间的距离是参考长度加上 25 mm，即50mm。当最终长度超过50mm时，连接器力变为 200 N，以将节点拉到一起。同样，对于 15 mm的正位移，则力为 150 N，这也就反映了位移和力之间的动态关系。

如果位移为-25mm，则表明a点和b点之间的距离为参考长度减去25mm。在这种情况下，最终长度比参考长度短。这导致连接器力达到 -1000 N，表明它本质上是压缩的，这意味着有外力将节点拉在一起，而不是将它们推开。

当位移超过 25 mm 或低于 -25 mm 时，通过外推的过程来延伸曲线。本质上，这就像预测测量数据之外会发生什么。现在，ABAQUS 有两种方法可以做到这一点：常数外推法或线性外推法。

 常数外推法

        在常数外推中，ABAQUS 只是坚持使用最后的已知值。例如，如果位移为 30 mm，则力保持恒定为 200 N。同样，如果位移为 -30 mm，则力保持恒定为 -1000 N。

线性外推法

        而通过线性外推，ABAQUS 采用最后的线性趋势并延续它。例如，如果位移为 30 mm，它将使用与上次线性插值相同的斜率计算新的力。因此，代入值：

这样，即使我们超出了测量范围，ABAQUS 也会为我们提供一个遵循数据趋势的力。

结论：在 ABAQUS 中掌握轴向连接器

        最后，通过对 ABAQUS 中轴向连接器的探索，我们深入研究了它们在模拟物理连接中的基本作用，强调具有线性或非线性刚度的场景。从建立基础知识到了解轴向刚度的细微差别，我们见证了这些连接器位移与力之间的响应。此外，提供了数据外推的两种方法，常数外推和线性外推。虽然我们已经介绍了具有轴向刚度的轴向连接器的关键方面，但还有更多内容有待揭晓。