ABAQUS弹簧单元的应用场景与技巧

模型概况：建立两个一模一样的圆盘，直径 1m。建好后，用 partition 命令分割成如下图所示，这样比较好加弹簧，网格划分也会更规则。两个圆盘平行，相距 5m，用弹簧单元连接。

圆盘选择 3D——Deformable——shell——planar，然后用画圆的命令画一个半径 0.5m的圆盘即可。重复上述操作，画出第二个圆盘。

进入 property 模块，设置圆盘的材料参数：模型采用线弹性即可，最简单方便，参数如下：弹性模量 2e11，  泊松比 0.2。

然后，建立截面，赋予截面，模型变为绿色，表示已经将定义的截面赋予了圆盘。注意：两个圆盘都要赋予。

Assembly 是比较关键的一步，在这一步中将使两个圆盘距离变为 5m（最初建模时是叠加在一起的，当然也可以建模时就设定好距离，但是这样比较麻烦，个人觉得还是用 assembly更加直观方便）。

创建一个 instance  ，把两个 part 都选中，此时两个 part 是重叠的，点击 ok。用平移按钮 ，只要移动圆盘上一个点的坐标，就可以实现整个圆盘的平移，具体操作为：选中一个圆盘，输入要移动的点的坐标（0,0,0），如下图：

再输入平移后的坐标（0,0,5），平移完成如下图

进入 step 模块，建立一个 step，static，一切选择默认即可。

接下来要在两个圆盘之间用弹簧连接。进入 interaction 模块，选择工具条中的 Special——Springs/Dashpots，创建新的弹簧。ABAQUS 里面的弹簧有两点间的弹簧和接地的弹簧，这里我们选择两点间的弹簧，如下图

然后软件让你选择弹簧的第一个点和第二个点，由于我们事先已经分割好 part 了，就直接对应的添加就行了。弹簧刚度设为 5e6，你也可以设置阻尼（Dashpot  coefficient），不过本例中只涉及线性弹簧。每添加完一对弹簧就点下图右边的 Add  pairs，就能继续添加，最后加好了就是下面的样子（一共建立了 17 对弹簧，包括 16 对位于圆盘边上的和 1 对位于圆盘中心点的）：

接下来为最下面的圆盘设置接地的弹簧。此时可以选择在全局坐标系或者局部坐标系中添加，我们先用全局坐标系添加。

选择圆盘边缘的所有点，然后点击 done，可以看到下图中 orientation 为 global，这就是全局坐标系，如果要用到局部坐标系，可以点击 edit 选择或者 creat 新建一个你想要的局部坐标系。

如何建立局部坐标系呢？方法如下（不需要的可以不看）

在上图的坐标系选项 orientation 中点击 creat 后出现如下对话框：

选择默认的 rectangular 即可，点击 continue，在窗口底部出现如下提示

（0,0,0）是全局坐标系的点，意思就是让你用全局坐标系的坐标来定义一个新的局部坐标系。你可以直接选择新坐标系的原点，也可以在对话框中直接输入，比如 0,0,0，回车，然后出现下面的提示，让你选择新坐标 x 轴的方向

这里我们将圆盘轴向设定为 x 轴（即原来全局坐标系的 z 轴），因此输入 0,0,1，回车，再出现如下提示，让你选择 x-y 平面上的一个点，这里输入 0,1,0，回车

新坐标系建好了，会显示在最下面圆盘的中心点位置。用局部坐标系建立弹簧的话，可以选择弹簧自由度为 1，即局部 x 方向。

下面设置荷载和边界条件。

给最上面的圆盘整体施加 pressure，大小为 10.

最下面的弹簧受力完全由上面通过弹簧传递而来。

只有弹簧约束是不够的，最上面圆盘会发生移动，因此要给最上面的圆盘添加 x，y 方向的位移约束。但是对于最下面的圆盘来说，如果采用新局部坐标系下自由度为 1 的接地弹簧，则需要约束住 x，y 方向的位移，如果采用全局坐标系下自由度为 3 的接地弹簧机，则不需要任何约束，三个方向的弹簧就相当于一种约束了，我计算的两种设置的分析结果是一样的，大家可以试试。

下面划分网格，设全局大小为 0.2,（或者自己设定你想要的精度），我选的 sweep 方法，S4R单元，最后 mesh 一下即可

最后，建立一个 job，提交，ok。

查看结果：

可以看到，最上面的圆盘向下压缩，底部的圆盘也有微小变形。你可以使用动画来观察动态结果，看着弹簧向下压缩还是挺好玩的

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