Abaqus 스프링 요소를 사용하면 엔지니어가 물리적 스프링과 이상적인 축방향 또는 비틀림 요소를 정확하게 표현할 수 있습니다. 힘과 변위, 또는 모멘트와 회전을 결합함으로써 이러한 요소는 선형 및 비선형 거동을 모두 나타낼 수 있어 다양한 응용 분야에서 매우 다재다능하게 활용할 수 있습니다.
Abaqus Spring Elements는 물리적 스프링과 구조 댐퍼 모델링부터 강체 운동 제한 및 주파수 종속 해석까지 필수적인 기능을 제공합니다. 온도 및 장 변수 종속성을 고려하고, 미소 변위 및 대변위 해석을 모두 지원합니다. 일정한 강성을 가진 선형 스프링이든 가변적인 강성을 가진 비선형 스프링이든, Abaqus는 현실적인 시뮬레이션을 위한 도구를 제공합니다.
이 글에서는 Abaqus Spring Elements의 기능과 활용 사례를 자세히 살펴보겠습니다. 다양한 거동, 유형, 자유도, 그리고 압축 및 인장 시 다양한 강성을 모델링하는 방법을 살펴보겠습니다.
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이 패키지는 유사한 문제를 찾고 이를 실행하는 데 도움이 되는 도움말, 이론, 스크립트 및 서브루틴 등을 사용하여 사용자 지정 문제를 시뮬레이션하는 방법을 알려줍니다.
What is Abaqus Spring Element?
Abaqus Spring Elements are used to model the behavior of physical springs and idealized axial or torsional components within the Abaqus finite element analysis software. These elements can couple a force with a relative displacement or a moment with a relative rotation, and they can exhibit linear or nonlinear behavior. Spring elements can be dependent on temperature, field variables, and frequency, making them versatile for various engineering applications. In addition, they can be utilized to assign a structural damping factor, forming the imaginary part of spring stiffness.
Abaqus Spring Elements의 주요 기능은 다음과 같습니다.
- 축 방향 또는 비틀림 동작을 모델링할 수 있습니다.
- 스프링 요소는 대변위 해석에서 회전할 수 있습니다.
- 선형 및 비선형 스프링 특성을 모두 지원합니다.
- 스프링은 두 노드 사이 또는 노드와 접지 사이에 정의될 수 있습니다.
그림 1: 스프링 및 대시포트
Applications of Abaqus Spring Element
- 물리적 스프링 모델링: 이러한 요소는 힘-변위 관계가 중요한 기계 시스템에서 물리적 스프링을 직접 표현할 수 있습니다.
- 축 또는 비틀림 구성 요소: 축 또는 비틀림 모드에서 스프링과 유사하게 동작하는 구성 요소를 이상화합니다.
- 구조적 댐퍼: 구조적 댐핑 계수를 지정함으로써 스프링 요소는 댐퍼를 모델링하여 스프링 강성의 허수 부분에 기여할 수 있습니다.
- 강체 운동 제한: 기계 조립품에서 강체 운동을 방지하거나 제한합니다.
- 주파수 종속 해석: 스프링 강성이 주파수에 따라 달라질 수 있는 직접 솔루션 정상 상태 동적 해석에 적합합니다.
Different behaviors of spring element
행동에는 선형과 비선형, 두 가지 유형이 있습니다. 각각을 정의해 보겠습니다.
선형 동작
정의: Linear behavior in spring elements is characterized by a constant spring stiffness, meaning the force-displacement relationship is proportional and described by Hooke’s Law.
형질:
- 강성은 온도와 현장 변수에 따라 달라질 수 있습니다.
- 직접 솔루션 정상 상태 동적 분석의 경우 강성은 주파수에 따라 달라질 수도 있습니다.
공식:
여기서 F는 힘이고, K는 스프링 강성이고, Δu는 상대 변위입니다.
비선형 동작
정의: 비선형 거동은 힘-상대 변위 값 쌍으로 정의되며, 이를 통해 스프링이 비비례적인 강성 특성을 나타낼 수 있습니다. 비선형 스프링은 변위에 따라 변하는 가변 강성을 갖습니다. 이러한 거동은 실제 스프링, 특히 큰 변형 상황에서 더욱 잘 나타납니다.
형질:
- 힘은 제공된 변위 값 범위를 벗어나도 일정하게 유지됩니다.
- 비선형 동작은 온도와 자기장 변수에 따라 달라질 수도 있습니다.
그림 2: 비선형 스프링 [참조]
Remember, you can find more info and learn all about the spring elements in Abaqus documentation. With “Abaqus 문서 사용 방법” tutorial, you can easily navigate through the documentation and find your answers.
복합 강성
정의: 복소 강성은 구조용 댐퍼를 시뮬레이션하는 데 사용됩니다. 여기에는 실수부(강성)와 허수부(감쇠 계수)가 모두 포함됩니다.
형질:
- 구조적 감쇠 계수 s는 강성의 허수 부분에 기여합니다.
- 강성의 허수 부분은 "isK"로 계산되며, 여기서 i는 허수 단위입니다.
- 이러한 데이터는 주파수에 따라 달라질 수 있습니다.
공식:
여기서 K진짜 는 스프링 강성의 실수 부분이고 s는 구조적 감쇠 계수입니다.
감쇠에 대해 말하자면, 이 기사를 읽으면 감쇠에 대해 알아보고 Abaqus에서 접점에 감쇠를 적용하는 방법을 알 수 있습니다. Abaqus Contact Damping이란 무엇이고 Abaqus에 어떻게 적용하나요?
Types of Abaqus spring element
Abaqus 스프링 요소에는 SPRING1, SPRING2, SPRINGA의 세 가지 유형이 있습니다.
SPRING1과 SPRING2 요소는 Abaqus/Standard에서만 사용할 수 있습니다. SPRING1은 노드를 접지에 연결하고 고정된 방향으로 동작하는 반면, SPRING2는 두 노드를 연결하고 고정된 방향으로 동작합니다.
SPRINGA 요소는 Abaqus/Standard와 Abaqus/Explicit에서 모두 사용할 수 있습니다. SPRINGA는 두 노드를 연결하고, 작용선은 두 노드를 연결하는 선을 따라가므로 대변위 해석 중에도 회전할 수 있습니다.
SPRING1, SPRING2, SPRINGA를 포함한 Abaqus의 모든 스프링 요소는 선형 또는 비선형 동작을 보일 수 있습니다.
SPRING1과 SPRING2는 변위 또는 회전 자유도(후자의 경우 비틀림 스프링)에 연결될 수 있습니다. 그러나 대변위 해석에서 비틀림 스프링을 사용하려면 절점의 전체 회전을 신중하게 정의해야 합니다. 따라서 커넥터 요소는 일반적으로 대변위 시나리오에서 비틀림 스프링을 제공하는 데 더 적합한 옵션입니다.
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스프링가
설명: 두 절점 사이에 있는 축방향 스프링으로, 두 절점을 연결하는 선이 작용선입니다. 이 작용선은 대변위 해석에서 회전할 수 있습니다.
필요한 노드 좌표: X, Y, Z 좌표는 요소의 작용을 계산하는 데 필요합니다.
요소 출력:
- S11: 스프링의 힘.
- E11: 스프링 전체의 상대적 변위.
봄1
설명: 노드와 접지 사이에 고정된 방향으로 작용하는 스프링입니다.
필요한 노드 좌표: 없음. 요소 노드에는 좌표가 정의될 필요가 없습니다. 이러한 요소와 관련된 동작은 관련 자유도를 지정하여 정의됩니다.
요소 출력:
- S11: 스프링의 힘.
- E11: 스프링 전체의 상대적 변위.
봄2
설명: 두 노드 사이에 있는 스프링으로, 고정된 방향으로 작용합니다.
필요한 노드 좌표: 없음. SPRING1과 마찬가지로 요소 노드에 좌표를 정의할 필요가 없습니다.
요소 출력:
- S11: 스프링의 힘.
- E11: 스프링 전체의 상대적 변위.
Abaqus Spring Element Degrees of Freedom
스프링가
활성 자유도:
1, 2, 3.
요소의 두 노드가 2차원 해석 강체 표면, 2차원 보 요소 등과 같은 2차원 엔티티에 연결된 경우, 3방향의 변환 자유도는 Abaqus/Standard 해석에서 활성화되지 않습니다.
SPRING1과 SPRING2
활성 자유도:
1, 2, 3, 4, 5, 또는 6.
스프링의 로컬 방향을 지정하면 로컬 자유도가 되고, 그렇지 않으면 글로벌 자유도가 됩니다.
Modeling different stiffnesses in compression and tension (Spring Stiffness Abaqus)
압축 시와 인장 시의 강성이 다른 스프링 요소를 Abaqus에서 어떻게 모델링할 수 있나요(Abaqus 스프링 강성)?
아시다시피, 우리는 두 지점 사이에 스프링 요소를 정의할 수 있습니다. 특별한 상호 작용 모듈의 메뉴를 정의합니다. 스프링/대시팟 특징:
(여기서 매우 간단한 모델을 갖기 위해 우리는 두 가지를 정의했습니다. 기준점 (이전 어셈블리 모듈에서.)
~ 안에 스프링/대시팟 편집 두 지점을 선택한 후 나타나는 창에서 스프링 강성을 정의할 수 있습니다.
이 강성은 인장과 압축에 대해 동일합니다. 서로 다른 인장 및 압축 강성을 정의하려면 Abaqus 키워드 편집기를 사용하여 더 많은 작업을 수행해야 합니다.
이제 Abaqus/CAE에서 스프링을 생성할 때 그래픽 명령을 통해 Abaqus가 자동으로 생성한 키워드를 볼 수 있습니다.
추가함으로써 비선형 스프링 정의 블록의 용어(*봄 키워드) 그러면 압축과 인장에 따라 다른 스프링 동작을 정의할 수 있습니다. *봄… 줄을 서서 아래와 같이 블록을 편집하세요.
(편집을 시작하면 영향을 받은 블록의 색상이 분홍색으로 변합니다)
추가된 데이터 라인은 다음과 같습니다.
힘1, 변위-1
0.0, 0.0
힘3, 변위-3
이 새로운 블록은 -1.0m 변위를 가하면 스프링이 200N의 힘을 생성한다는 것을 의미합니다. 따라서 K=F/x=200/1=200N/m입니다. 이는 압축 시 강성입니다. 100N의 힘에 대해 1.0m 변위를 적용하여 인장 강성을 정의합니다. 이는 K=100N/m(이전과 동일)입니다.
결론
결론적으로, Abaqus 스프링 요소는 기계 시스템의 거동을 정밀하고 다재다능하게 시뮬레이션하는 데 필수적인 도구입니다. 이 요소를 사용하면 물리적 스프링, 축 및 비틀림 요소, 그리고 구조 댐퍼의 정확한 모델링이 가능하며, 선형 및 비선형 거동을 모두 수용할 수 있습니다. 또한 온도, 현장 변수 및 주파수에 따라 맞춤 설정할 수 있어 다양한 엔지니어링 시나리오에서의 적용성을 향상시킵니다.
SPRING1, SPRING2, SPRINGA를 포함한 다양한 유형의 Abaqus 스프링 요소를 살펴보았습니다. 각 요소는 특정 해석 요구에 맞는 고유한 기능을 갖추고 있습니다. 상수 강성으로 정의되는 선형 거동과 가변 강성으로 특징지어지는 비선형 거동을 면밀히 검토했습니다. 또한, Abaqus 키워드 편집기를 사용하여 압축 및 인장 조건에서 서로 다른 강성을 갖는 스프링을 모델링하는 방법도 논의했습니다.
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