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Hyperworks Radioss中的1D彈簧單元Spring Type13

2019年09月20日 20:15:38 CAE 暫無評論 閱讀 0 views 次

Spring Type 13是Hyperworks Radioss中功能非常強大的一個彈簧單元,具有12個自由度,對應屬性卡片為/PROP/SPR_BEAM或/PROP/TYPE13。因為它的功能類似于Beam,因此又經常被稱為Beam Type Spring。它具有6種相互獨立的變形模式:軸向拉壓、扭轉、彎曲(2個)和剪切(2個),如下圖所示。線性、非線性、阻尼都能模拟,并且,每個方向上都可以定義失效。還可以用傳感器激活、禁用彈簧單元。正确地定義六個方向的系數即可使用。如果想把某個自由度鎖死,可以把該方向的剛度系數K設為一個很大的值。

Spring Type13要求單元長度非零,節點N1和N2始終用于決定單元的局部坐标系的X方向,其局部坐标系的Y方向在0時刻确定後,會随着每個積分循環後X軸轉動而更新。初始的Y方向可以有不同的确定方法,如果第三節點N3在創建單元時被指定,那麼按右手定則,N1-N2-N3所确定3個節點所在平面的法向即為Z向,這時Y向也就确定了。也可以使用一個局部坐标系來确定其Y方向。如果第三節點沒有指定(這是允許的),同時局部坐标系也沒有指定,那麼全局坐标系的Y向與局部坐标系的X向通過右手定則确定Z向(同時局部的Y向也就确定了)。如果此時全局坐标系的Y向恰好與局部坐标系的X向(N1與N2的連線方向)共線,則其局部坐标系的Y軸和Z軸将會是任意垂直于X軸的位置,如果使用第三節點N3來明确其局部坐标系的y軸和Z軸,那麼N3不能與N1-N2的連線共線。

Spring Type13彎曲變形僅考慮兩個節點轉角的差值,即單彎曲模式。如果是承受雙彎矩,則不産生任何彎曲位移,産生的是剪切變形。

Spring Type13的行為是一個物理梁,彎曲變形導緻的長度變化同時會産生剪切效果,剪切力的産生意味着彎矩的變化。在定義其屬性時,強烈建議使用有物理意義的值,輸入很高的剪切剛度和零彎曲剛度會導緻不正确的結果。

與Spring Type8不同的是,對于Spring Type13,剛體轉動可能不會産生任何人為的力和力矩。Spring Type13的臨界步長計算公式類似于Spring Type4,隻是最終的取值由各自由度裡時間步長最小的那個來确定。考慮到彎曲和剪切的耦合,其彎曲剛度修正如下:

Spring Type 13是前處理模塊HyperMesh裡焊點( spotweld)connector的默認Realize方式。在Realize成功後,每個焊點處将會生成一個或一組(多層焊點) Spring Type 13,同時HyperMesh将自動創建相應的Interface Type2(綁定接觸), Spring Type 13單元的端部節點被自動投影并被綁定到被焊接Shell單元上。其實質是使用 Spring Type 13的6種變形剛度來模拟點焊連接關系。工程實際中有時還會使用長度很小的 Spring Type 13來模拟各種鉸接。下圖所示是使用Spring Type 13來模拟轉動副、旋轉副、移動副的示例,實際使用時各剛度值應根據實際的單位制進行調整。

參考文獻

【1】歐賀國,方獻軍,洪清泉編著,RADIOSS理論基礎與工程應用,北京:機械工業出版社,2013.3

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