CABLE280单元是ANSYS 2020R1新推出的缆索单元,可以用来模拟拉索和电缆等中等至极细的以轴力为主的结构,广泛地应用于海洋平台、建筑和机械行业。

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。

锐捷无线网桥选型(CABLE280缆索单元简介及应用举例)(1)

▲ 图1. CABLE280 Geometry

1、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)。

2、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(SECCONTROL,ADDMAS)。

· 阻尼:可以定义非线性的阻尼系数(SECCONTROL,,,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。

用Solid185单元来划分卷筒,

用Cable280单元来划分线缆。

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▲ 图2. 几何模型

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▲ 图3. 有限元模型

材料属性

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边界条件与加载

1、中心点:

Ux=0,Uy=0,Uz=0,ROTx=0,ROTy=0, ROTz=12.566(卷缆两周)

2、线缆端点:

Fx=100,Uy=0,Uz=60(排缆侧向位移),ROTx=0,ROTy=0,ROTz=0

位移结果动画

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