ABAQUS 轴向连接器：综合指南

引言

在 ABAQUS 中模拟物理连接时，轴向连接器是一个基本元素。本指南重点介绍轴向连接器的详细应用，特别是在涉及线性和非线性刚度定义的场景中——这在工程模拟中很常见。

轴向连接器简介

AXIAL 连接类型连接两个节点，允许沿连接线发生相对位移。此连接器可模拟各种物理连接，例如轴向弹簧、减震器、缓冲器或类似于间隙的节点间接触。

节点位置和初始位移

节点“a”和“b”初始可能位于相同或不同位置。在大多数实际应用（约99%）中，它们始于不同的初始位置。

坐标系和位移方向

创建轴向连接器时，会自动生成一个笛卡尔坐标系：

• 原点位于点“a”

• x轴从“a”指向“b”

沿该轴的位移记为“u₁”，力仅沿此方向施加。力源于连接器长度的变化，这是使用轴向连接器时的一个关键考量因素。

设置轴向连接器：ABAQUS 中的连接器截面

要创建轴向连接器，必须在 ABAQUS 中定义连接器截面。此部分指定行为属性，例如：

• 轴向刚度（弹性）

• 阻尼

• 参考长度

在本指南中，要定义的主要属性是轴向刚度和参考长度。

理解轴向刚度和参考长度

• 轴向刚度（在 ABAQUS 中称为弹性）：定义了长度变化与轴向力之间的关系。
  示例：如果弹性 = 10 N/mm，长度变化 5 mm 会产生 50 N 的力。

• 参考长度：不产生轴向力的长度——类似于弹簧的松弛状态。

恒定刚度轴向连接器示例

假设节点“a”和“b”之间的初始间隙为 50 mm，正好与参考长度匹配（同样为 50 mm）。最初，连接器上无力作用。如果一个节点沿轴向移动 5 mm，使间隙增至 55 mm，则力的计算如下：

$$F=10\text{ N/mm}\times 5\text{ mm}=50\text{ N}$$

力的方向：
如果最终长度超过参考长度，连接器会受到拉力，将节点拉近。必须施加外力才能使节点保持分离。

非线性刚度轴向连接器示例

在 ABAQUS 中，轴向刚度可以定义为：

• 恒定值（线性力-位移关系）

• 通过力与位移表格定义的非线性关系

示例表格：

在表格点之间，ABAQUS 执行线性插值，产生分段一阶多项式响应。

• 正位移（例如，+25 mm）：力 = 200 N（拉力）

• 负位移（例如，–25 mm）：力 = –1000 N（压力）

超出表格数据的插值

当位移超出定义范围时，ABAQUS 使用插值：

常数插值

保持最后一个已知力值。
示例：位移 = 30 mm → 力 = 200 N

线性插值

延伸最后的线性趋势。
示例：位移为 30 mm 时：

200+[(200−180)(25−20)]×(30−25)=220 N200+[(25−20)(200−180)​]×(30−25)=220 N

总结：掌握 ABAQUS 中的轴向连接器

通过对 ABAQUS 中轴向连接器的探索，我们深入了解了它们在模拟物理连接中的基本作用，重点关注了具有线性或非线性刚度的场景。从基础知识到理解轴向刚度的细微差别，我们见证了这些连接器如何响应不同的长度和力。