CABLE280缆索单元应用实例

优势

与其他线体单元(如LINK 180、BEAM 188、BEAM 189等)相比,CABLE 280采用了高阶形函数,能实现良好的网格收敛性和较粗单元下良好的计算精度


CABLE280是三维的二次三节点线单元,单元几何构成图中包括I、J、K、L四个节点,其中节点L为方位节点,可省略。每个节点有三个自由度:节点x、y和z方向的平动。即其不受弯矩,只有平移自由度,计算效率高。

CABLE280缆索单元简介及应用举例的图1


▲ 图1. CABLE280 Geometry

CABLE280是基于混合位移和轴力(U-F)函数:位移采用二阶近似,轴力采用一阶线性近似。当求解高度非线性的静力学或动力学问题时,需要使用迭代求解(NLGEOM,ON)。


CABLE280支持弹性、等向硬化、随动硬化、Chaboche硬化和蠕变;支持附加质量、阻尼、抗压刚度折减、粘性正则化和初始状态。


附加质量

可以对单元添加单位长度的质量(SECCO N T R OL,ADDMAS)。


阻尼

可以定义非线性的阻尼系数(SECCO N T R OL,,,CV1,CV2),用于表征流体环境的非线性阻尼效应特性。


抗压刚度折减

缆索非常柔软几乎不能受压,实际抗压刚度比较小,以抗拉刚度(EA)乘于系数进行折减。


粘性正则化

缆索在受压和受拉状态之间切换,因为刚度不连续,可能出现的收敛困难。单元使用粘性正则化帮助收敛。


初始状态

设置初始应力或初始应变,以保证求解的鲁棒性。因为柔软缆索侧向刚度非常依赖轴力,若无初始应力或初始应变,总刚矩阵可能奇异,计算无法收敛。


应用举例


用Cable280单元简单模拟铰车卷扬线缆过程


模型

建立一个内径1000mm,外径1200mm,宽500的实体环柱用于模拟绞车卷筒,长8000mm的线用于模拟线缆,在卷筒中心位置建立一个Keypoint。


  • 其中:

卷筒外表面分割出一小块,将用于与线缆端绑定约束,模拟绳卡固定。

卷筒内表面与中心点建立多点约束绑定,卷筒将绕中心转动,以方便施加约束。

绳索与卷筒外表面建立摩擦接触,以模拟卷缆过程。


假定卷筒材料为结构钢,线缆材料为聚乙烯。


Solid185单元来划分卷筒,用Cable280单元来划分线缆。

CABLE280缆索单元简介及应用举例的图2


CABLE280缆索单元简介及应用举例的图3


▲ 图2. 几何模型

CABLE280缆索单元简介及应用举例的图4


▲ 图3. 有限元模型



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