ANSYS索单元Cable280简要介绍及应用举例

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ANSYS在2020R1版本中新推出了索单元Cable280,该单元适用于模拟中等至极细的缆索结构,对于土木行业而言,非常适用于模拟斜拉索,特别是斜拉桥的拉索、弦支穹顶的拉索等,下面水哥就简单下介绍下Cable280的单元特性,并一个简单的张弦梁案例来说明其用法。
值得注意的是目前在2021R1版本中,经典界面无法通过GUI方式来指定该单元,后续版本可能会增加,但依然可通过命令流方式进行调用,而在Workbench中则可直接指定线体类型为Cable。
Cable280可以理解为只有单向受拉功能的特殊的Link180,由于其采用了高阶形式的形函数,在同样的情况下其收敛性却优于Link180,单元由4个节点(I、J、K、L)组成,其中第四个节点(L节点)为方向点,一般可忽略(因为研究索的时候主要关心轴力和面积,对截面方向无特别要求),单元几何如下所示:

ANSYS索单元Cable280简要介绍及应用举例

Cable280的节点自由度包含三个方向的平动UX、UY、UZ,可施加单元面荷载,也即上述的5个方向,通过命令SFBEAM进行施加:
1面:I-J 面,Z轴负方向垂直于单元
2面:I-J 面,Y轴负方向垂直于单元
3面:I-J 面,X轴正方向,单元切向
4面:I 面,X轴正方向,单元轴向
5面:J 面,X轴负方向,单元轴向 
该单元支持的技术包括:生死单元、初始状态、大变形、大应变、线性摄动、非线性稳定、应力刚化。
下面重点说下该单元相关参数的输入:
1、该单元截面面积的输入通过定义Link截面类型输入,与其他Link单元不同,该单元不支持实常数的输入,大家一定要注意。
典型定义如下:
Et,1,Canle200
sectype,1,link    
secdata,500
type,1
secnum,1
。。。。
2、由于该单元为仅受拉单元,在很多时候为了保证模型收敛,需要输入预应力,预应力的输入通过Inistate命令进行,由于在实际施工过程中,一般是通过张拉力控制(例如主动索),所以在输入预应力时,应首先通过张拉力除以面积获取初应力,典型施加命令如下:
esel,s,ename,,280
inistate,set,csys,elem
inistate,set,dtyp,stre
inistate,define,,,,,100   
allsel,all
该单元的输出通过单元表输出,输出内容如下:

ANSYS索单元Cable280简要介绍及应用举例

ANSYS索单元Cable280简要介绍及应用举例

3、在使用索单元时,需打开几何非线性,也即Nlgeom需要设为on的状态。
关于该单元的详细介绍信息,同学们可自行查看新版的Help进行查看,下面就以一个简单的张弦梁为例,说明其简单用法,案例基本情况如下所示:

ANSYS索单元Cable280简要介绍及应用举例

上述案例中,梁采用Beam188,撑杆采用link180,拉索采用Cable280,命令流如下,注意要在2020R1及以后的版本中运行,早期版本无280这个单元哦~
命令流如下:

finish

/clear

/prep7

et,1,beam188

et,2,link180

et,3,Cable280

!梁截面

sectype,1,beam,ctube

secdata,203/2-6,203/2

!撑杆截面

sectype,2,link

secdata,234

!拉索截面

sectype,3,link

secdata,346

!================

mp,ex,1,2.06e5

mp,dens,1,7850e-12

mp,prxy,1,0.3

mp,ex,2,1.8e5

mp,dens,2,7850e-12

mp,prxy,2,0.3

!==================

k,1

k,2,20000

k,3,10000,-1100

Larc,1,2,3,21000

L,1,3

L,3,2

wprota,,,90

wpoffs,,,5000

lsbw,all

wpoffs,,,5000

lsbw,all

wpoffs,,,5000

lsbw,all

L,4,5$L,3,6$L,8,7

!梁划分

lsel,s,,,6,10,4

lsel,a,,,2,5,3

secnum,1

latt,1,,1

lesize,all,,,10

lmesh,all

!撑杆划分

lsel,s,,,1,3,2

lsel,a,,,11

secnum,2

latt,1,,2

lesize,all,,,1

lmesh,all

!拉索划分

allsel,all

lsel,u,mat,,1

secnum,3

latt,2,,3

lesize,all,,,1

lmesh,all

!=============

!施加初应力

esel,s,ename,,280

inistate,set,csys,elem

inistate,set,dtyp,stre

inistate,define,,,,,100    

allsel,all

!=============

dk,1,ux,0,,,uy,uz

dk,2,uy,0,,,uz,ux

allsel,all

d,all,uz,0

/solu

allsel,all

nsubst,1000

nlgeom,on

time,1

cnvtol,m,-1

autots,on

acel,,9800

solve


/post1

set,last

/eshape,1

plnsol,u,y

    计算结果如下:

ANSYS索单元Cable280简要介绍及应用举例

未考虑拉索的结果位移云图如下:

ANSYS索单元Cable280简要介绍及应用举例

从云图可见,在拉索情况下,结构向上位移为7.89mm。
欢迎各位同学共同讨论Cable280单元的具体使用~
祝好
ANSYS结构院
2021.5.31

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