谈弹簧单元.docx
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谈弹簧单元.docx
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谈弹簧单元
谈弹簧单元
1.请问弹簧单元和连接单元有何区别,弹簧单元的作用是否和连接单元中线性单元的作用相同,
弹簧单元默认一端固接,一端连在节点上,只需要定义一个点。
link单元有两个节点,需要用两个节点来定义。
当两节点重合时,方向需查手册,一般是z向。
二者都提供刚度,link还可以提供质量、阻尼等。
2.如题,我想通过图示的结构分析来验证弹簧单元的正确使用与否,命令流如下,但在最后的err文件中却发现有弹簧单元I、J节点不一致的警告信息,实在想不明白,还请各位帮忙指点一下,谢谢~
错误信息:
***WARNING***CP=3.515TIME=23:
18:
23okok.orgokok.orgokok.orgNodesIandJofelement11(COMBIN14)arenotcoincident.okok.org命令流如下:
b=3!
梁单元截面宽
h=4!
梁单元截面高
k1=1e9!
弹簧单元的弹性刚度,N/m
l=10!
梁跨度
f0=1e3!
集中力大小
/prep7
et,1,3!
定义beam3单元
et,2,14,,2!
定义combin14单元,单元位移沿节点Y方向r,1,b*h,b*h**3/12,h!
定义梁单元的实常数
r,2,k1!
定义弹簧单元实常数
mp,ex,1,2e11!
定义梁体单元材料常数,按钢材定义
mp,prxy,1,.3
n,1,!
定义左侧节点
n,11,l!
定义右侧节点
fill
type,1$real,1!
生成梁单元
e,1,2
egen,10,1,1
n,12,l,-10!
定义弹簧单元
type,2$real,2
e,11,12
/solu
d,1,ux,,,,,uy!
将左侧节点定义为固定铰支座
d,12,all
d,11,ux
!
time,1
nsubst,3
f,6,fy,-fo
solve
(,)combin14单元要求i点坐标位置和j点坐标位置重合,但节点编号不一样.(,)看了一下你的命令流,只要修改,,点的坐标就可以了~n,12,l
3.我在同一位置的两个节点定义了combin39弹簧单元,求解时出错说该单元为零长度。
不只何故,请大虾指点啊
另:
beam189中横向剪切刚度该如何定义呢
combin39应该是允许0长度的,但你的keyopt要设置好才行啊。
4.1.钢梁用shell43、混凝土板用solid65,建模时二者的相对位置应该是那个(如下图),
注:
图
(1)为混凝土板(solid65)下表面与钢梁翼缘板(shell43)之间空出了半个钢梁翼板厚度;图
(2)为二者之间没有空出半个钢梁翼板厚度。
2.栓钉用的是combin39模拟,combin39的两个节点是不是必须重合,如果采用图
(1)所示的相对位置的话,重合该如何实现,
3.如果combin39的两个节点分别取自混凝土板下表面和钢梁翼板的话是否会产生应力集中现象,如果会的话该如何处理。
1.钢梁与混凝土板的相对位置应该取图
(1),因为ansys建模虽然可以简化,但应该符okok.org
合实际情况,图
(1)考虑了钢梁与混凝土板的真实几何位置,而图
(2)中二者的几何位置
与实际不符。
2.钢梁和混凝土板之间的连接最好采用弹簧单元,因为在试验中发现不管是完全抗剪okok.org
连接还是部分抗剪连接,钢梁与混凝土板之间都存在滑移现象,它必然对挠度产生影响,所
以采用弹簧更符合实际情况,当然弹簧的具体实常数应该由试验确定。
2.第一个问题中钢梁与混凝土板的实际相对位置确实是图
(1),但是钢梁与混凝土板用弹簧
单元combin39模拟栓钉连结时,combin39的两节点应该分别是solid65和shell43两单元
中处于同一位置的节点相连而成;但若如图
(1)所示建模分析的话,由壳单元的几何特性
可知:
壳单元的节点只能在钢梁中轴线处(图
(1)所示shell43指向的实线处),这样通过
combin39模拟的栓钉就成了混凝土板下底面和钢梁中轴线处相连而成,然而实际栓钉位置
却是在混凝土板下底面和钢梁上翼缘板面处。
不知道你是否考虑过这个问题。
第二个问题可以通过命令eintf,toler来解决,这个命令用于在同一位置的节点或具有间
距的节点间定义两节点单元。
通过设置toler值来确定在某个范围内的节点被程序认为处于
同一位置。
例如:
输入eintf,0.05则表示在间距0.05之内的两节点间建立单元。
第三个问题combin39单元其实相当与一根弹簧,它通过设置F-D曲线来达到模拟滑移
的效果,这样是不会产生应力集中现象的。
3.楼上的兄弟你好:
1.对于你的第一个问题:
shell单元的中文名字为壳单元,只在中面上有节点,根据壳的定
义(其它两个方向的尺寸远远大于第三方向的尺寸)我们可以认为它的厚度是很小的,所以
也就没有必要考虑弹簧单元节点是在壳单元的表面还是在中面,其实在ansys里是把壳单元
当作了一个面来考虑的,之所以要赋给它厚度是为了根据材料特性计算应力。
2.对于combin39的节点位置问题:
在将combin39用于转角弹簧时它的两个节点是必须重
合的,除此之外它的两个节点可以是不重合的。
5我要模拟钢筋混凝土结构中钢筋和混凝土之间的粘结滑移,由于他们之间是非线性关系,所以我用comin39单元,我就想请教各位高手,39单元允许弹簧单元的长度为零吗,在ansys中哪些弹簧单元允许长度为零
还有一个问题啊,我在建模的过程中,只想模拟砼和钢筋在某一个方向的滑移,所以,我的做法是先耦合两个节点在另外两个方向的自由度,然后在这个方向设置弹簧单元(我设置的弹簧单元的节点是重合的),但是我在显示单元属性却没有这种单元,看来没有成功,请各位不吝赐教~~
我最近也在用combin39弹簧单元,两个结点间距离可以是零,也就是建立重合结点,再耦合combin39是个很鸟的单元,首先假如你用KOPT3指定它仅仅是一个自由度,它就会在两个节点空间坐标不重合的时候发出很多警告;但是你用KOPT4指定它为多个自由度的时候,它就要求你两个节点不能重合。
我不明白的是你怎么看得到单元属性,用EPLOT看到的弹簧单元就是一个浅蓝色的K,难道是用KLIST显示单元列表,是不是成功了,你不知道呢,
6.请问怎样添加一个弹性约束,
你说得不够具体,我想加一些弹簧单元就能解决问题了,比如combin14、combin7、combin39(非线性)、combin40(非线性),其中combin40功能最为强大。
7.请问各位大侠,弹簧单元的建立是必须先建立节点,然后用E单元命令建立吗,用建立关键点,在建立线,赋予线弹簧单元的属性,然后,,,,行不行,
当然可以了,划分网格就是给结构赋予单元的特性。
可以直接作节点直接生成单元,也可以先生成关键点,再生成线,最后通过mesh的方式,加上单元特性。
8.如图节点4加竖向约束,水平方向弹性约束。
节点1自由且和节点4重合。
在节点1和4之间加弹簧单元(长度为0),模拟节点1和节点4之间的刚度。
当刚度为线性时可以采用combin7(弹性),模拟节点1相对于4在XY平面的运动。
问题是当刚度是非线性或双线性时怎么办,选何种单元,如何模拟,请教各位了!
!
使用combin7单元命令流如下。
应该说该例子对熟悉弹簧单元较有启发性~希望能大家能积极参与讨论~
fini
/clear
/prep7
*afun,deg
et,1,1
et,2,7
et,3,14,,1r,1,1e4
r,2,25,1e9r,3,25
n,1,
n,2,1000
n,3,500,500*tan(60)
n,4,
n,5,-500,
mp,ex,1,2e5mp,nuxy,1,0.3type,1
real,1
e,1,3
e,2,3
type,2
real,2
e,1,4
type,3
real,3
e,4,5
/pnum,node,1eplot
d,4,uy
d,2,all
d,5,all
f,3,fy,-1000/solu
solve
9.如图所示的的两个弹簧,如果在中间施加一斜向的力,为什么就不能求解呢
FINISH
/CLEAR
/UNITS,SI
KEYW,PR_SET,1KEYW,PR_STRUC,1
/PREP7
ET,1,COMBIN14,,,2
et,2,mass21
r,1,1,r,2,1
n,1
n,2,,1n,3,,3type,1real,1e,1,2
e,2,3
type,2real,2e,2
d,1,alld,3,all/solu
f,2,fx,2f,2,fy,2solve
finish
经过俩个小时的辛苦,终于找到办法呵呵,现在的大牛们也不常来,只好自己动手了~
我采用一个动态的分析的方法来求的。
具体的命令流给大家共享一下。
FINISH/CLEAR/UNITS,SI/PREP7ET,1,COMBIN14,,,2
et,2,mass21
r,1,1,4r,2,10r,3,0,4n,1
n,2,,1n,3,,2n,4,-1,1type,1real,1e,1,2
e,2,3
type,2
real,2
e,2
type,1
real,3
e,2,4
nsel,u,node,,2
d,all,all
allsel
/solu
ANTYPE,TRANS
TRNOPT,FULL
NLGEOM,ON
KBC,1!
STEPBOUNDARYCONDITION
*do,i,1,400,1
time,0.1*i
F,2,FX,5
F,2,FY,5
lswrite,i
*enddo
lssolve,1,400
finish
/post26
nsol,2,2,u,x,uy1
nsol,3,2,u,y,uxy
plvar,2,3
请教你的弹簧单元combin14,是要求什么,想利用弹簧的扭转还是利用弹簧的拉伸,
10.现在想在一个节点上面加上conbin14这种单元,将其可以看作是一个弹簧单元,但是我
在划分网格时,用kmesh怎么加不上单元呢,请教如何解决,
弹簧单元是由两个节点定义的,一个节点好像不太行若keyopt
(2)=0,弹簧-阻尼单元的长度不可以为0,即节点I和J不可以重叠在一起,因为节点
的位置决定弹簧的方向。
建议去看一下介绍combin14弹簧-阻尼单元的帮助文件,然后结合你分析问题的具体情况相信
问题会解决~
10.有个问题请教一下:
使用双弹簧单元是不是不增加单元和结点数,而只是在交界面的结点之间增加刚度影响,
双弹簧单元不仅仅用在接触面单元或是节理单元中还可以用于钢筋混凝土中对钢筋的模拟
我对它的理解是一个劲度系数的问题
根据应力状态的不同而采用不同的劲度系数
双弹簧单元用于两材料界面的联接时可以用相同的坐标
但是在结点编号的时候是要分别编的
也就是说增加了结点数
典型的双弹簧单元,详细的了解可以参考江见鲸老师的"钢筋混凝土结构非线性有限元"一书,或者是董哲仁,或者是宋玉普老师的类似书目,里面都有详细的介绍.
11.最近做了点计算分析,结合各论坛关于这方面的讨论,就一些问题探讨如下,不当之处敬请指正。
一、关于模型
钢筋混凝土有限元模型根据钢筋的处理方式主要分为三种,即分离式、分布式和组合式模型。
考虑钢筋和混凝土之间的粘结和滑移,则采用引入粘结单元的分离式模型;假定混凝土和钢筋粘结很好,不考虑二者之间的滑移,则三种模型都可以;分离式和分布式模型适用于二维和三维结构分析,后者对杆系结构分析比较适用。
裂缝的处理方式有离散裂缝模型、分布裂缝模型和断裂力学模型,后者目前尚处研究之中,主要应用的是前两种。
离散裂缝模型和分布裂缝模型各有特点,可根据不同的分析目的选择使用。
随着计算速度和网格自动划分的快速实现,离散裂缝模型又有被推广使用的趋势。
就ANSYS而言,她可以考虑分离式模型(solid65+link8,认为混凝土和钢筋粘结很好,如要考虑粘结和滑移,则可引入弹簧单元进行模拟,比较困难~),也可采用分布式模型(带筋的solid65)。
而其裂缝的处理方式则为分布裂缝模型。
二、关于本构关系
混凝土的本构关系可以分为线弹性、非线性弹性、弹塑性及其它力学理论等四类,其中研究最多的是非线性弹性和弹塑性本构关系,其中不乏实用者。
混凝土破坏准则从单参数到五参数模型达数十个模型,或借用古典强度理论或基于试验结果等,各个破坏准则的表达方式和繁简程度各异,适用范围和计算精度差别也比较大,给使用带来了一定的困难。
就ANSYS而言,其问题比较复杂些。
1ANSYS混凝土的破坏准则与屈服准则是如何定义的,
采用tb,concr,matnum则定义了W-W破坏准则(failurecriterion),而非屈服准则(yieldcriterion)。
W-W破坏准则是用于检查混凝土开裂和压碎用的,而混凝土的塑性可以另外考虑(当然是在开裂和压碎之前)。
理论上破坏准则(failurecriterion)和屈服准则(yieldcriterion)是不同的,例如在高静水压力下会发生相当的塑性变形,表现为屈服,但没有破坏。
而工程上又常将二者等同,其原因是工程结构不容许有很大的塑性变形,且混凝土等材料的屈服点不够明确,但破坏点非常明确。
定义tb,concrmatnum后仅仅是定义了混凝土的破坏准则和缺省的本构关系,即W—W破坏准则、混凝土开裂和压碎前均为线性的应力应变关系,而开裂和压碎后采用其给出的本构关系。
但屈服准则尚可另外定义(随材料的应力应变关系,如tb,MKIN,则定义的屈服准则是VonMises,流动法则、硬化法则也就确定了)。
2定义tb,concr后可否定义其它的应力应变关系
当然是可以的,并且只有在定义tb,concr后,有些问题才好解决。
例如可以定义tb,miso,输入混凝土的应力应变关系曲线(多折线实现),这样也就将屈服准则、流动法则、硬化法则等确定了。
这里可能存在一点疑问,即ANSYS中的应力应变关系是拉压相等的,而混凝土材料显然不是这样的。
是的,因为混凝土受拉段非常短,认为拉压相同影响很小,且由于定义的tb,concr中
确定了开裂强度,所以尽管定义的是一条大曲线,但应用于受拉部分的很小。
三、具体的系数及公式
1定义tb,concr时候的两个系数如何确定,
一般的参考书中,其值建议先取为0.3~0.5(江见鲸),原话是“在没有更仔细的数据时,不妨先取0.3~0.5进行计算”,足见此0.3~0.5值的可用程度。
根据我的经验和理由,建议此值取大些,即开裂的剪力传递系数取0.5,(定要>0.2)闭合的剪力传递系数取1.0。
支持此说法的还有现行铁路桥规的抗剪计算理论,以及原公路桥规的容许应力法的抗计剪计算。
2定义混凝土的应力应变曲线
单向应力应变曲线很多,常用的可参考国标混凝土结构规范,其中给出的应力应变曲线是二次曲线,直线的下降段,其参数的设置按规范确定即可。
当然如有实测的应力应变曲线更好了。
四、关于收敛的问题
ANSYS混凝土计算收敛(数值)是比较困难的,主要影响因素是网格密度、子步数、收敛准则等,这里讨论如下。
1网格密度:
网格密度适当能够收敛。
不是网格越密越好,当然太稀也不行,这仅仅是就收敛而言的,不考虑计算费用问题。
但是究竟多少合适,没有找到规律,只能靠自己针对情况慢慢试算。
2子步数:
NSUBST的设置很重要,设置太大或太小都不能达到正常收敛。
这点可以从收敛过程图看出,如果F范数曲线在[F]曲线上面走形的很长,可考虑增大nsubst。
或者根据经验慢慢调正试算。
3收敛精度:
实际上收敛精度的调正并不能彻底解决收敛的问题,但可以放宽收敛条件以加速吧。
一般不超过5%(缺省是0.5%),且使用力收敛条件即可。
4混凝土压碎的设置:
不考虑压碎时,计算相对容易收敛;而考虑压碎则比较难收敛,即便是没有达到压碎应力时。
如果是正常使用情况下的计算,建议关掉压碎选项;如果是极限计算,建议使用concr,MISO且关闭压碎检查;如果必设压碎检查,则要通过大量的试算(设置不同的网格密度、NSUBST)以达到目的,但也很困难。
5其他选项:
如线性搜索、预测等项也可以打开,以加速收敛,但不能根本解决问题。
6计算结果:
仅设置concr,不管是否设置压碎,其一般P-F曲线接近二折线;采用concr+miso则P-F曲线与二折线有差别,其曲线形状明显是曲线的。
例题1
!
----------------------------------------------------
!
题目:
钢筋混凝土简支梁模拟计算
!
方法:
分离式;solid65和link8
!
材料:
混凝土采用concr和钢筋为弹性材料,但不考虑压碎
!
---------------------------------------------------
!
为方便,假定钢筋置于梁底两侧.
!
===================================================
/config,nres,2000
/prep7
!
定义单元及其材料特性等
rd0=20.0!
钢筋直径
et,1,solid65
et,2,link8
mp,ex,1,33e3mp,prxy,1,0.20r,1
hntra=28
hntrl=2.6
tb,concr,1
tbdata,,0.7,1.0,hntrl,-1
mp,ex,2,2.1e5mp,prxy,2,0.30r,2,acos(-1)*0.25*rd0*rd0
!
定义梁体即单元划分
blc4,,,100,200,3000
/view,1,1,1,1/ang,1
gplot
!
定义网分时边长控制
lsel,s,loc,z,1,2999
lsel,r,loc,y,0latt,2,2,2
lesize,all,,,20!
钢筋网格数目lmesh,all
lsel,s,loc,z,0lesize,all,,,4!
截面上的网格数目4x4vsel,all
vatt,1,1,1
mshape,0,3dmshkey,1
vmesh,all
allsel,all
finish
/solu
!
施加约束
lsel,s,loc,z,0lsel,r,loc,y,0dl,all,,uy
dl,all,,uz
lsel,all
lsel,s,loc,z,3000lsel,r,loc,y,0dl,all,,uy
lsel,all
ksel,s,loc,x,0ksel,r,loc,y,0
dk,all,ux
allsel,all
!
施加荷载
qmz=0.3
asel,s,loc,y,200sfa,all,1,pres,qmzallsel,all
nsubst,40
outres,all,alltime,qmz*10
neqit,40
solve
finish
/post1
pldisp,1
etable,zxyl,ls,1plls,zxyl,zxyl,1finish
/post26
nsol,2,33,u,y
prod,3,1,,,,,,1/100prod,4,2,,,,,,-1xvar,4
plvar,3
例题2
!
----------------------------------------------------
!
题目:
钢筋混凝土简支梁模拟计算!
方法:
分离式;solid65和link8!
材料:
混凝土采用concr+Miso和钢筋为弹性材料,但不考虑压碎
!
增加网格密度
!
---------------------------------------------------
!
为方便,假定钢筋置于梁底两侧.!
===================================================
/config,nres,2000/prep7
!
定义单元及其材料特性等
rd0=20.0!
钢筋直径
et,1,solid65
et,2,link8
mp,ex,1,33e3
mp,prxy,1,0.20r,1
hntra=28
hntrl=2.6
tb,concr,1
tbdata,,0.7,1.0,hntrl,-1tb,miso,1,,14
tbpt,,0.0002,hntra*0.19tbpt,,0.0004,hntra*0.36tbpt,,0.0006,hntra*0.51tbpt,,0.0008,hntra*0.64tbpt,,0.0010,hntra*0.75tbpt,,0.0012,hntra*0.84tbpt,,0.0014,hntra*0.91tbpt,,0.0016,hntra*0.96tbpt,,0.0018,hntra*0.99tbpt,,0.0020,hntra*1.00tbpt,,0.0025,hntra*0.95tbpt,,0.0030,hntra*0.90tbpt,,0.0035,hntra*0.85tbpt,,0.0040,hntra*0.80mp,ex,2,2.1e5
mp,prxy,2,0.30
r,2,acos(-1)*0.25*rd0*rd0!
定义梁体即单元划分
blc4,,,100,200,3000/view,1,1,1,1
/ang,1
gplot
!
定义网分时边长控制
lsel,s,loc,z,1,2999lsel,r,loc,y,0
latt,2,2,2
lesize,all,,,20
lmesh,all
lsel,s,loc,z,0
lesize,all,,,4
vsel,all
vatt,1,1,1
mshape,0,3d
mshkey,1
vmesh,all
allsel,all
finish
/solu
!
施加约束
lsel,s,loc,z,0lsel,r,loc,y,0dl,all,,uy
dl,all,,uz
lsel,all
lsel,s,loc,z,3000lsel,r,loc,y,0dl,all,,uy
lsel,all
ksel,s,loc,x,0ksel,r,loc,y,0dk,all,ux
allsel,all
!
施加荷载
qmz=0.3
asel,s,loc,y,200sfa,all,1,pres,qmzallsel,all
outres,all,alltime,qmz*10
nsubst,40
neqit,40
solve
finish
/post1
pld
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