ANSYS Workbench中如何定义弹簧连接

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弹簧是一种特殊形式的连接,在ANSYS经典中可以通过pspnrg命令(目前pspnrg命令已被新版移除,Help中已经查询不到)或者直接E命令建立,单元种类和单元实常数需要事先进行定义,整体来讲,对初学者而言,在APDL中建立弹簧还是挺费劲的。

而对于Workbench来讲,弹簧的建立比较简单,且画面也比较直观,今天水哥就简单介绍下如何在Workbench中建立弹簧。

Workbench中的弹簧位于Connections菜单下,总体来讲,分成两类:一种是体和体的连接,一种体和大地的连接。

其实就是上述APDL两种建模方式的具体化,体和体连接对应于直接采用E命令建模,体和大地的连接对应于采用命令psprng命令建模。

注意这里的体 不一定非要是实体,他可以是一条线,一个面,一个节点,是一个泛指的概念。

图片[1]-ANSYS Workbench中如何定义弹簧连接-峰设教育

一、体和体连接的设置:

该设置的底层原理为: 通过用户指定的区域,在区域内设置两个弹簧的节点,其中弹簧的节点和选定区域的节点进行耦合,然后再用E命令生成弹簧单元连接这两个节点。

如下所示,点击Body to Body后,就会弹出如下的设置对话框,下面分别解释。

图片[2]-ANSYS Workbench中如何定义弹簧连接-峰设教育

1、Type: 弹簧类型的定义

所谓弹性类型,也即是指定为轴向弹簧或者扭转弹簧(Longitudinal or Torsional),在workbench中新建弹簧默认为轴向弹簧,如果你想要更改弹簧为扭转弹簧,需要将beta选项打开后才可以选择。

步骤如下:

返回wb主界面,选择tool,选择option,在选择Apperance, 打开Beta Options即可。退出wb,重新打开mechical,即可看到弹簧的类型可以选择了。

图片[3]-ANSYS Workbench中如何定义弹簧连接-峰设教育

图片[4]-ANSYS Workbench中如何定义弹簧连接-峰设教育

2、Sping Behavior:弹簧行为的定义

对于轴向弹簧来讲,弹簧行为可分为 双向拉压、单向受压、单向受拉,如下所示,其中单向受压以及单向受拉也是需要打开Beta选项后才可看到。

注意,敲黑板了!

当选择Both的时候 软件采用的Combin14单元,如果选择单向受压或者单向受拉,软件采用的link180单元,注意不是大家想象中的Combin39单元,而如果要link180考虑单向受压或者单向受拉,需要打开大变形开关!也即当你使用单向受压或者单向受拉功能时,一定要打开大变形开关才可求解。

如果你要使用39单元,则必须要采用命令流自定义单元类型以及本构曲线!

图片[5]-ANSYS Workbench中如何定义弹簧连接-峰设教育

3、弹簧刚度的定义

如果是双向受压,采用14单元,则除了可以输入弹性刚度外,还可以属于阻尼系数,而如果采用单向受压或者单向受拉,则只能输入刚度。

图片[6]-ANSYS Workbench中如何定义弹簧连接-峰设教育

图片[7]-ANSYS Workbench中如何定义弹簧连接-峰设教育

4、Preload: 预载定义

WB中可以很方便的对弹簧施加预载,类似预应力的概念,有两种施加方式,一种是直接指定预载的大小,第二种是指定预载的位移,软件通过胡克定律,结合定义的刚度计算预载。

图片[8]-ANSYS Workbench中如何定义弹簧连接-峰设教育

5、弹簧的长度

弹簧长度无需用户定义,软件根据首末端点的位置自动计算

6、Element APDL Name

如果需要导入到经典中查看,可以手动给一个编号,方便查看

7、Socpe

也即弹簧的作用范围,是体和体连接还是体和大地连接。

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8、Reference 和Mobile

Reference和Mobile的选项内容类似,这里不在分开介绍。两者的作用相同,就是指定弹簧端点的耦合范围,其中Reference相当于是指定弹簧的起点,Mobile相当于是指定弹簧的终点,通过起点和终点也即确定了弹簧单元坐标系的X轴方向。

下面对Reference和Mobile具体的设置做个说明。

1)Scoping Method: 指定弹簧节点对应耦合范围的选择方式,分成三种:几何选择,集(named selection)以及选端点。

图片[9]-ANSYS Workbench中如何定义弹簧连接-峰设教育

对于选择方式,个人建议如下:

a. 如果你的模型简单,且只需要单个弹簧,则可采用几何选择或者集的方式;

b. 如果你需要在两个面或者两个体之间施加多个弹簧,比如扭转弹簧和轴向弹簧一起施加,则这个时候建议使用选端点创建。原因在于 弹簧的节点和需要作用的面 生成约束方程,如果多个弹簧均是采用几何选择的方式,则可能作用面上的一个节点 同时在多个约束方程中,不利于ANSYS的求解,且会弹出如下警告。而如果采用选端点,则作用面上的节点只需要和选端点生成约束方程,这样在施加多个弹簧的时候就不会有多个约束方程的提示。

图片[10]-ANSYS Workbench中如何定义弹簧连接-峰设教育

上面图中的案例采用了两个弹簧连接(软件显示只能显示一个),均采用几何面的方式,弹出了上面的警告。
本案例使用远端点操作如下:
点击Model,选择Remote Point,以此案例为例,分别定义两个面的远端点,如下所示

图片[11]-ANSYS Workbench中如何定义弹簧连接-峰设教育

图片[12]-ANSYS Workbench中如何定义弹簧连接-峰设教育

图片[13]-ANSYS Workbench中如何定义弹簧连接-峰设教育

2)Behavior: 弹簧端点与几何面耦合时,几何面的表现行为,这个主要确定到底采用Rbe3连接还是刚性连接,关于RBE3连接本公众号前面的文章有提到过,刚性连接也即为我们平时使用的APDL命令Cerig。
值得说明的是,如果你是采用的远端点来操作,你需要到远端点的设置里面去控制几何面的表现行为。

图片[14]-ANSYS Workbench中如何定义弹簧连接-峰设教育

二、体和大地连接的设置

体和大地连接的设置与体和体连接的设置总体差不多,唯一的一个差别在于需要在Referenece里面手动指定弹簧端点的位置。

端点确定后无需再额外去给弹簧端点约束,系统自动约束。

图片[15]-ANSYS Workbench中如何定义弹簧连接-峰设教育

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