ABAQUS 中的轴向连接器：综合指南

引言

在 ABAQUS 中模拟物理连接时，轴向连接器占据核心地位。本文将深入探讨轴向连接器的复杂应用，特别聚焦于定义线性或非线性刚度的场景——这是工程仿真中的常见需求。

轴向连接器简介

AXIAL 连接类型在两个节点之间建立联系，允许相对位移沿节点连线方向发生。该连接器模型可模拟多种物理连接，包括轴向弹簧和减震器。

节点位置与初始位移

节点“a”和“b”的初始位置可重合或分离，但本文重点讨论初始位置不同的情况（占 90% 的应用场景）。

坐标系与位移方向

创建轴向连接器时，系统自动生成笛卡尔坐标系：原点位于点“a”，X 轴指向点“b”。沿此方向的位移记为“u”，仅允许轴向受力。我们将重点探讨连接器长度变化产生的力。

设置轴向连接器：ABAQUS 中的连接器截面

创建轴向连接器需定义连接器截面，用于设定轴向刚度（弹性）、阻尼和参考长度等行为属性。本研究的关键属性是轴向刚度和参考长度。

理解轴向刚度与参考长度

轴向刚度（在 ABAQUS 中称为弹性）控制长度变化与轴向力的关系。例如：刚度设为 10 N/mm 时，5 mm 的长度变化将产生 50 N 的力。

参考长度指不产生轴向力的初始长度，相当于弹簧的自然长度。

恒定刚度轴向连接器示例

假设节点“a”“b”初始间距为 50 mm，与参考长度一致。初始状态下连接器不受力。若将某节点沿轴向移动 5 mm 使间距增至 55 mm，则产生 50 N 的力（10 N/mm × 5 mm）。此时力的方向如何判断？

可将连接器视为弹簧：当最终长度大于参考长度时，连接器受拉力，试图使节点相互靠近。但需额外施加外力才能保持节点间距。这种动态相互作用定义了轴向连接器对节点间距变化的响应机制。

非线性刚度轴向连接器示例

在 ABAQUS 中设置轴向刚度时，可选择恒定值（建立力与位移的线性关系）或通过力-位移曲线定义非线性关系。下表为例：

表中数据点之间采用线性插值，形成分段一阶多项式曲线。例如：25 mm 位移表示节点间距为参考长度加 25 mm，此时产生 200 N 拉力；15 mm 位移对应 150 N 拉力。当位移超过 ±25 mm 时，ABAQUS 通过外推法预测行为：

若位移为 -25 mm，则表明点“a”与点“b”之间的距离为参考长度减去 25 mm。此时，最终长度短于参考长度，将产生 -1000 N 的连接器力，表明其本质为压力——这意味着连接器会将节点向内挤压（需外力抵抗），而非将其推开。

当位移超过25毫米或低于-25毫米时，Abaqus会通过称为外推法的过程来延伸曲线。本质上，这类似于预测超出测量数据范围的情况。Abaqus有两种外推方式：常数外推法和线性外推法。

常数外推法

位移为 30 mm 时力保持 200 N，-30 mm 时保持 -1000 N。

线性外推法

按趋势计算新值，例如 30 mm 位移的力为：

200 + [(200-180)/(25-20)] × (30-25) = 220 N

通过这种方式，即使超出实测数据范围，ABAQUS仍能根据数据变化趋势计算出合理的力值。

结论：掌握 ABAQUS 中的轴向连接器

通过深入探索 ABAQUS 中的轴向连接器，我们剖析了其在模拟物理连接中的基础作用，重点探讨了线性和非线性刚度场景。从基础概念建立到轴向刚度特性理解，我们见证了这些连接器如何响应变化的长度与作用力。

本次研究涵盖了外推法的应用潜力，为预测超出测量值的连接器行为提供了见解。虽然我们已经讨论了带轴向刚度的轴向连接器的关键特性，但仍有更多内容值得探索。下一章节将深入解析具有定义阻尼特性的轴向连接器的复杂功能。

敬请期待更深入的解读，我们将继续挖掘轴向连接器在各种工程仿真中的潜力。探索之旅仍在继续，未来的发现不可限量！