非線性彈簧之兩種實現方式

Combine 39常常用來模擬非線性彈簧,下圖為它的說明:

它指的就是彈簧剛度是非線性的,具體表現在力與位移的關系—不成線性關系

本文中將使用兩種方法來實現非線性彈簧的建立過程,模型的建立不再贅述

非線性彈簧之兩種實現方式,圖片,第1张

01

建立模型

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Nonlinear spring的實現方法,筆者暫時知道的有兩種,一種是Command調用Combine 39彈簧單元,一種是通過Tabular Data表格來定義位移與載荷之間的關系。在ANSYS低版本中(如ANSYS 15.0之前)似乎隻能使用Command,隨後升級的高版本有瞭載荷與位移的Tabular Data設置

先使用後者來建立非線性彈簧

使用Tabular Data進行載荷與位移關系的設置,如下圖所示:

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02

建立邊界條件

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03

求解設置

由於載荷隻有一個Force,因此需要打開弱彈簧,弱彈簧設置為系統默認或者ON都可以,否則會出現報錯存在剛體位移

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04

求解完成,查看後處理

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求解信息中存在有三個彈簧,其中有兩個為添加的非線性彈簧,即為Combine 39,另一個為弱彈簧,即Combine 14

常看求解信息是非常有用的,因為裡面包含瞭從模型到設置的種種操作,也包含瞭每個階段的收斂數值,可以從中發現所使用的單元為多少,也可以看到求解過程中所出現的警告與error等等,並對其進行處理,得到較精確的解

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由上圖可以看出,位移與力的折線為曲線,即為非線性彈簧的實現

下面開始介紹插入Command來定義弱彈簧,參考於周炬老師的書

根據設置的載荷與位移之間的關系,如下圖:

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插入在彈簧下插入command,並定義載荷與位移之間的關系:

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由於模型為3D,因此選擇彈簧單元具有UX,UY,UZ

由於R的實常數隻能定義R1-R6,如下圖:

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因此再添加一條命令流,如下圖:

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如果位移和載荷的關系具有很多數值,可以再次重復Rmore命令添加實常數13-18、19-24等

求解,查看後處理(邊界與設置不變)

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註意:當使用Command的時候,首先需要填寫彈簧剛度,但是這個剛度無論是多少,都不會影響最終結果,這是因為Command優先級高的緣故

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查看單個彈簧反力

因為存在2個彈簧,因此每個彈簧將分解得到1000/2N的力,符合情況

上面的兩種方法都能實現非線性彈簧的設置,對比兩者的結果發現,後處理結果一致

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