ansys弹簧单元的使用
ANSYS弱弹簧weak spring使用
许多CAE朋友在ANSYS WOKKBENCH中进行静力学和瞬态动力学仿真时，都遇到过弱弹簧（weak spring）的问题，我们发现，在求解结束以后，ANSYS经常提到它给我们加了一个弱弹簧，并建议我们检查一下模型，这是什么意思呢？弱弹簧是好还是不好，对于结果有没有影响，该不该加，如何加呢？ANSYS加弱弹簧的目的又是什么呢？我们先考察一个超级简单的例子，然后通过该例子来考察ANSYS所施加的弱弹簧的含义。
一根矩形截面梁，长度为1米，横截面是100mm*100mm，左边固定，右边加10kN 的力，现在考虑加力后它的变形和应力。
显然，这是一个简单的拉伸问题，在轴线方向上应力都是一样的，按照拉伸的应力公式，可以计算其大小为1Mpa。
我们先对该问题进行建模，然后修改边界条件，来考察弱弹簧的含义。
1. 创建静力学分析系统。
2. 创建梁的三维模型。
双击geometry单元格，进入到DM中，然后创建一根三维梁其尺寸设置如下即长度为1000mm，而截面尺寸是100mm*100mm。
3. 划分网格得到有限元模型。
双击model,进入到mechanical中，并自动划分网格，结果如下。
4. 施加边界条件。
左端面施加位移边界条件，三个方向的位移都为零。
在右端面上施加10KN的拉力。
5.求解并得到结果。
计算完毕后，没有任何警告或者错误信息，而X方向的位移结果是即拉伸了0.00498mm左右。
其应力大小是由于在左边存在应力集中，此处有轻微的变化。
而杆件的绝大部分应力是1Mpa，这与实际情况是吻合的。
6.改变位移边界条件，改变成力的边界条件。
在上图中，轴线方向是X方向。
该轴也只是在X方向上受力。
从理论上看来，对于左端面，可以只约束X方向，而Y方向和Z方向可以是自由的。
因此，下面对于左端面，只约束其X方向的位移，查看结果如何。
修改左端面的位移边界条件如下图请注意左上角的文字提示，该截面的Y，Z位移都是free，即没有做位移限制。
基于ANSYS的多股螺旋弹簧有限元分析
基于ANSYS的多股螺旋弹簧有限元分析多股螺旋弹簧是一种常见的弹性元件，广泛应用于机械、汽车、电器等领域中。
以ANSYS为工具，对多股螺旋弹簧进行有限元分析，可以对其设计及优化提供有效的参考与支持。
首先，构建多股螺旋弹簧的三维有限元模型。
根据弹簧的几何参数、材料力学参数和工作条件等信息，选用ANSYS的建模工具进行三维建模，并设定合适的边界条件和荷载条件。
在建立有限元模型时，要注意弹簧的真实形态和装载方式，并合理划分网格，以保证有限元模型的准确性和稳定性。
然后，进行多股螺旋弹簧的静态力学分析。
根据弹簧的工作条件和载荷情况，分别对弹簧的应力、位移、变形等静态特性进行分析和计算。
在分析时，可以通过改变弹簧的材料和结构参数，对其静态特性进行改善和优化。
比如，可以选用高强度材料或改变弹簧的钢丝直径、扭簧半径等参数，以提高弹簧的抗压性能和疲劳寿命等特性。
最后，进行多股螺旋弹簧的动态力学分析。
根据弹簧的工作状态和作用频率，分别对其自由振动频率、谐振响应、阻尼特性等动态特性进行分析和计算。
在分析中，需要考虑弹簧的非线性特性和各种干扰因素，以保证分析结果的准确性和可靠性。
综上所述，基于ANSYS的多股螺旋弹簧有限元分析，可以全面有效地评估和优化弹簧的静态和动态力学特性，提高其设计和制造质量，为实际工程应用提供有力的支持。
多股螺旋弹簧的有限元分析需要考虑的数据包括弹簧的几何参数、材料力学参数、荷载条件和边界条件等。
几何参数包括螺线圈数、螺旋角、弹簧直径、钢丝直径、螺旋圈高、扭簧半径等。
这些参数直接影响弹簧的力学特性和寿命，对其性能评估和优化具有重要影响。
比如，增加螺线圈数会使弹簧更柔软，但增大直径会使其更硬；增加钢丝直径会增加强度，但也会增加质量和成本。
材料力学参数包括弹簧的材料密度、弹簧系数和屈服强度等。
这些参数反映了弹簧材料的特性，直接影响弹簧的抗拉、抗压能力和疲劳寿命等。
比如，增加屈服强度会使弹簧更耐用，但也会增加制造成本。
ansys 弹簧单元子程序
tb,user,1,1,3 !用户自定义材料模型，两个材料参数
tbdata,1,1,1,9e8 !4个数据点，1号数据文件
tb,state,1,,1 !一个状态变量
!建立几何模型
k,1,0,0,0
k,2,0,0,length
xvar,2 !以2号变量为x轴
plvar,3, !以3号变量为y轴
/RGB,INDEX, 0, 0, 0,15
/PLOPTS,LEG1,0
/PLOPTS,LEG2,0
/PLOPTS,TITLE,1
/PLOPTS,MINM,0
/PLOPTS,FILE,0
/PLOPTS,WP,0
/PLOPTS,DATE,0
/TRIAD,ORIG
l,1,2
!设定视角
/view,1,,-1
/ang,1
lplot
!网格划分密度
lesize,1, , ,numdv
lmesh,1
eplot
/pnum,node,1
!约束
d,1,all
d,2,ux
d,2,uy
finish
!
!进入求解器
nsubst,1000,10000,1000
f,2,fz,-2300
outres,all,all
outres,svar,all
solve
time,3
autos,on
pred,on
nsubst,1000,10000,1000
f,2,fz,2000
outres,all,all
/solu
time,1
ansys弹簧单元的使用
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）。
ansys弱弹簧的作用
ansys弱弹簧的作用ANSYS是一款强大的有限元分析软件，它可以用于各种工程领域的仿真和分析。
其中，弱弹簧是ANSYS中重要的元素之一，其作用十分重要。
本文将从多个角度来解析弱弹簧的作用。
第一步，弱弹簧的概念弱弹簧是一个特殊的连接单元，它可以将节点连接至任何一个结构上。
弱弹簧通常被用于模拟非结构化的刚度和连通条件，可以有效地模拟松散连接状态下的结构响应。
在ANSYS软件中，弱弹簧比较特殊，因为它可以用于悬挂多个结构，甚至是不同领域的结构。
第二步，弱弹簧的使用方法在ANSYS软件中，弱弹簧通常被用于模拟动力学效应或者非零刚度的悬挂系统。
弱弹簧比较灵活，可以被用于各种结构连接，例如，在航空领域中，弱弹簧可以被用于模拟飞机和导弹之间的连接，以及相互挂载过程中的响应情况。
第三步，弱弹簧的使用注意事项在使用弱弹簧时需要注意如下几点：首先，在ANSYS软件中，使用弱弹簧时需要注意单元性质设置。
其次，在弱弹簧的使用过程中，需要注意各个节点间的刚度关系以及约束条件，以确保节点的运动轨迹和刚度符合实际条件。
第四步，弱弹簧的作用弱弹簧在ANSYS软件中的作用主要有两个方面：首先，它可以模拟松散连接状态下的结构响应，这个在模拟很多场景中是十分重要的，因为许多结构在加工和安装的过程中，无法严格达到零刚度的要求；其次，它可以用于模拟非结构化的刚度和连通条件，在建模时，结构分布不规则时，弱弹簧可以模拟实际的刚度和响应情况。
综上所述，弱弹簧在ANSYS软件中的作用至关重要，它可以用于模拟松散连接状态下的结构响应，并且对于具有非结构化的结构布局，弱弹簧可以很好地解决这些问题，是工程领域中不可缺少的元素之一。
Ansys单元库弹簧单元
Table 14.1: "COMBIN14 单元输出定义" 中所定义的输出量
条目
为 ETABLE 命令预定义的条目标签
E
单值或常数单元数据的系列号 Table 14.2 COMBIN14 条目和系列号
输出量名字
FORC STRETCH VELOCITY DAMPING FORCE
ETABLE 和 ESOL 命令输入
条目
E
SMISC
1
NMISC
1
NMISC
2
NMISC
3
COMBIN14 假设与限制
假如 KEYOPT(2) 为 0, 弹簧-阻尼器的长度必须不是 0，亦即，节点 I 和 J 不 应该重合, 因为节点位置决定了弹簧的方向.
轴向弹簧刚度只作用沿其长度方向. 扭转弹簧单元刚度就像扭转棒，作用于 绕其长度方向
COMBIN14 输出数据
与单元相关的求解输出有两种形式: 节点位移包括在所有节点解中 其他的单元输出见于 Table 14.1: "COMBIN14 单元输出定义".
某些条款叙述于 Figure 14.2: "COMBIN14 应力输出". 一般性的求解输出描述见于求 解输出. 关于察看结果的方法参阅 ANSYS 基本分析指南 。 Figure 14.2 COMBIN14 应力输出
当节点仅有一个自由度时，通过关键字 KEYOPT(3)可选定自由度的类型： 可以是一个方向的平动自由度、一个方向的转动自由度、一种压力或者一个温度。
名称 COMBIN14
Element Reference（单元参考）> Part I （第一部分）. Element Library（单元库）>
Ansys单元库弹簧单元
弹簧力或弯矩
YY
弹簧的升长或弹簧的扭曲（弧度）
YY
弹簧常数
YY
速度
-Y
阻尼力或弯矩 (为 0 除非 ANTYPE,TRANS 并 Y Y 且阻尼出现)
1. 作为 *GET 条目在质心处存在
Table 14.2: "COMBIN14 条目和序列号" 列出了通过 ETABLE 命令使用“序列号” 方法所有的输出项。 参阅本手册中 ANSYS 基本分析指南中的通用后处理器 (POST1) 和条目和序列号表 以获更多信息。以下标记用于 Table 14.2: "COMBIN14 条目和序列号":
名字
Table 14.1: "COMBIN14 单元输出定义" 中所定义的输出量
条目
为 ETABLE 命令预定义的条目标签
E
单值或常数单元数据的系列号 Table 14.2 COMBIN14 条目和系列号
输出量名字
FORC STRETCH VELOCITY DAMPING FORCE
ETABLE 和 ESOL 命令输入
使用下述产品，单元除了受制于前述限制外，还有下述限制.
ANSYS Professional （专业版）.
Structural Analysis （结构分析）:
没有阻尼; CV1 ， CV2 不能用. 只允许应力刚化和大变形. KEYOPT(2) = 7 或 8 不允许. DAMP 材料特性不能用.
KEYOPT(2) = 1 ~ 6 用来设置成一维单元。使用这些选项，单元工作于节点坐标系 统（参阅“操作节点坐标系统的单元”）。KEYOPT(2) = 7 和 8 选项允许单元用于 热分析或压力分析。
ansys单元-combin39
COMBIN39－非线性弹簧单元单元描述：COMBIN39 是一个具有非线性功能的单向单元，可对此单元输入广义的力－变形曲线。
该单元可用于任何分析之中。
在一维、二维和三维的应用中，本单元都有轴向或扭转功能。
轴向选项（longitudinal）代表轴向拉压单元，每个节点具有3 个自由度：沿节点坐标系X，Y，Z 的平动，不考虑弯曲和扭转。
扭转选项（torsional）代表纯扭单元，每个节点具有3 个自由度：绕节点坐标轴X，Y，Z 的转动，不考虑弯曲和轴向荷载。
此单元仅当每个节点有两个或者三个自由度的时候，才可以具有大位移的功能。
单元的详细特性请参考理论手册中的COMBIN39 单元。
本单元没有质量和热容量，这些性能可以利用其他适当的单元（如MASS21 和MASS71）来加入。
ANSYS 还提供了具有阻尼和间隙的双线性力－变形单元（COMBIN40）。
下面是本单元示意图。
图39-1 COMBIN39 单元几何特性COMBIN39单元的输入数据单元的几何形状、节点位置和坐标系如图39-1（COMBIN39 单元示意图）所示。
此单元可由二个节点和一条广义荷载－变形曲线定义。
在结构分析中，曲线上的各点（D1，F1 等等）代表力－平动位移关系或者弯矩－转动位移关系；而在热分析中，这些点则表示热率－温度关系或者热流率－压力关系。
进行轴对称分析时，应在整个360°范围内定义荷载。
输入的荷载－变形曲线应当是从第三象限（压区）递增至第一象限（拉区）。
两个相邻点之间的变形差值与输入的总变形的比值不应小至1E－7 左右。
输入的最后一个变形必须为正值。
要避免出现近乎竖直的线段。
超出所定义的荷载－变形曲线范围后，荷载－变形关系维持为超出前的最后一段曲线表达的关系，此时状态标志亦等于最后一段的段号。
如果压区的曲线有显式的定义（即不是通过拉区的镜像所得），那么在（0,0）处和第一象限（拉区）内都必须至少定义一个点。
若设置了关键字KEYOPT(2)＝1(不能承受压力)，则荷载－变形曲线不得延伸到第三象限内。
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【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。