ansys弹簧单元的使用

【问题1】ANSYS中弹簧的设置

现在做机床分析，在原有螺栓的地方要加弹簧单元，每个弹簧单元有三个方向的自由度。为了方便添加弹簧单元，模型应该如何建立呢（比如，为了方便在将机床与地面连接的螺栓处添加弹簧单元，我现在建模时会建立凸台，将凸台与机床连接添加三个方向的弹簧单元）；另外就是导轨与床身连接处添加弹簧单元时，是否需要添加三个方向的自由度呢（因为如果不加凸台的话，沿导轨的方向不方便加弹簧）；最后，假如我的机床中共有20处需要添加弹簧，每个弹簧有三个方向添加参数，不知大家的参数如何设置比较方便（我以前没做过弹簧，现在是建立一个combin14单元，添加该单元的刚度和阻尼系数，比较麻烦。如果弹簧的X 方向系数都一样的话，是否有简便方法呢）。非常感谢大家的帮助，如果答案满意的话，愿追加50分

【最佳答案】

第一，如果建弹簧单元方便的问题：你可以用一些命令流来建立，比如你知道具体位置时想得到node编号，可以用Nnum=node(x,y,z)，其中Nnum就是返回得到的(x,y,z)位置的node编号；如果知道该位置的关键点号k1，你想得到该位置的节点编号，可以用Nnum=node(kx(k1),ky(k1),kz(k1)) 得到了节点号后，用E,Nnum1,Nnum2建立连接单元，很方便。这样做的好处，一是减小了重复操作的工作量；二是，如果手动加单元，万一mesh重做后，要重新去找点、手动建单元，很麻烦。第二，如果想建三方向的连接属性，建议从同一点建3个不同方向的连接单元。尽量用命令流操作（可以局部写命令流，然后输入到命令窗里），可以减小很多重复工作量，以及方便肉眼难以分辨的内部点选取。

【问题2】ansys中弹簧阻尼单元的设置

请教大家一个问题，在ansys中进行机床的静动态分析，机床的导轨和导轨滑块设置硬点之后，连接对应的硬点要建立弹簧阻尼单元。请问弹簧阻尼单元具体应该怎样建立呢，包括如何将硬点连接起来，如何设置弹簧阻尼单元的参数（参考下图）。谢谢大家

【最佳答案】

据我所知combin单元建模有两种方法，一种是连接两点成为一条线，然后赋予combin的属性；另一种也是较常用的一种，是把结构单元mesh完后，选择你要布置弹簧的两个点，直接连接做成element，命令流格式为： type,1 real,1 E,1,2 弹簧单元就建立完成了。 combin14很简单，包括弹簧和阻尼两个参数，你看一下help文档就很清楚了，参数要根据实际情况选取；combin40功能较强大，可用于更复杂非线性问题。

【弹簧命令流案例】连杆机构运动分析实例—曲柄滑块机构

[本例提示]介绍了利用ANSYS对连杆机构进行运动学分析的方法、步骤和过程，并使用解析解对有限元分析结果进行了验证。着重介绍了曲柄滑块机构模型的创建以及约束的施加方法，介绍了三维铰链单元COMBIN7的使用方法。

/PREP7

PI=3.1415926

R=0.25

L=0.62

E=0.2

OMGA1=30

T=60/OMGA1

FI0=ASIN(E/(R+L))

AX=0

AY=0

BX=R*COS(FI0)

BY=-R*SIN(FI0)

CX=(R+L)*COS(FI0)

CY=-E

ET,1,COMBIN7

ET,2,BEAM4

MP,EX,1,2E11

MP,PRXY,1,0.3

MP,DENS,1,1E-14

R,1,1E9,1E3,1E3,0

R,2,4E-4,1.3333E-8,1.3333E-8,0.02,0.02 N,1,AX,AY

N,2,BX,BY

N,3,BX,BY

N,4,CX,CY

N,5,BX,BY,-1

TYPE,1

REAL,1

E,2,3,5

TYPE,2

REAL,2

E,1,2

E,3,4

FINISH

/SOLU

ANTYPE,TRANS

NLGEOM,ON

DELTIM,T/70

KBC,0

TIME,T

OUTRES,ALL,ALL

CNVTOL,F,1,0.1

CNVTOL,M,1,0.1

D,ALL,UZ

D,ALL,ROTX

D,ALL,ROTY

D,1,ROTZ,2*PI

D,1,UX

D,1,UY

D,4,UY

SOLVE

SAVE

FINISH

/POST26

NSOL,2,4,U,X

DERIV,3,2,1

DERIV,4,3,1

PLVAR,2

PLVAR,3

PLVAR,4FINISH

【附注】

ANSYS中非线性弹簧单元39

考虑钢筋和混凝土之间的粘结滑移时，通常在钢筋和混凝土的相应结点之间设置联结单元，为准确地反映混凝土构件的受力特性，可以采用ANSYS中三维非线性弹簧单元Combin39作为钢筋与混凝土之间的粘结单元，以模拟钢筋-混凝土的粘结滑移关系。Combin39单元是一个具有非线性功能的弹簧单元，可对此单元输入广义的力-变形曲线以定义它的非线性行为。该单元包含2个节点，可用于一维、二维或三维的分析中，如图1所示。钢筋和混凝土的接触面之间的相对移动有法向、纵向切向和横向切向三个方向，为全面考虑钢筋混凝土连接面上的相互作用，在钢筋和混凝土连接面上在每一对对应节点之间均分别建立三个非线性弹簧单元来模拟钢筋与混凝土之间三个方向的相互作用。弹簧的模型如图2所示。

钢筋和周围的混凝土之间的粘结是分析钢筋混凝土结构所遇到的特有问题，也是一个比较复杂的问题。国内外在这方面做了大量的工作，其中一些成果已经应用到实际工程中去。钢筋混凝土有限元分析中粘结滑移关系表达式主要是从试验数据归纳拟合出的粘结滑移曲线，可采用Houde和Mirza公式描述的粘结滑移公式（7 ）：

式中：τ为粘结应力,N/mm2；S为相对滑移量，mm，在滑移量达到0.03 mm左右时，粘结应力达到最大值；fc为混凝土轴心抗压强度，MPa。

对于钢筋混凝土有限元模型,粘结力F与滑移量S的关系如公式（8）

下式中：d为一根钢筋的直径；l为联结单元间距。

由此根据式（7）可以得到沿钢筋长度方向弹簧单元的荷载-位移(F-D)关系式（9）

垂直于钢筋长度方向的弹簧单元的刚度系数可以按（10）式计算

式中：E为混凝土弹性模量；bn为钢筋高度处混凝土梁的净宽；b为梁宽。

由此可以得到垂直于钢筋长度方向弹簧单元的荷载-位移(F-D)关系式（11）

以上为在ANSYS中定义沿滑移方向和垂直方向的Combine39单元时需要的关系式。非线性弹簧的荷载-位移关系是根据钢筋与混凝土粘结滑移模型推导的，因此Combine39单元能够比较准确的模拟钢筋与混凝土的粘结滑移关系。