ANSYS索单元Cable280简要介绍及应用举例

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：

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：

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：

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：

未考虑拉索的结果位移云图如下：

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