试试把仿真软件作为求解“黑箱”

问题的背景源自于我们对某个结构或者系统的认知存在盲点，无法获悉相关参数，在无法开展试验的条件下，我们可以尝试通过仿真的手段获取相关材料属性参数、结构系统的参数等，然后作为输入方便开展后续的仿真工作，这是一种退而求其次的方法。

我们这里以简单的弹簧结构为研究对象，弹簧的材质已知，但是由于无法获悉弹簧刚度，所以我们考虑利用abaqus仿真实现对其刚度的获取，弹簧结构如图1所示。

图1 弹簧几何模型

根据我们已经熟悉的理论，在弹性变形阶段存在F=kx的关系，所以我们可以通过对弹簧施加一个位移载荷x，然后提取其一端的支反力F，则弹簧刚度k=F/x。

下面在abaqus中建模分析，网格模型如图2所示。对于支反力的提取，我们在以前的文章（ABAQUS支反力作用及提取方法）中已经详细阐述过，这里不做具体介绍，详细的载荷及边界设置如图3所示。

图2 弹簧网格模型

图3 边界及载荷设置

通过仿真计算可以得到结果动态云图（图4所示），然后在后处理中将仿真的力和位移的结果数据导出，绘制曲线如图5所示。

图4 仿真动画

图5 力-位移曲线（弹簧刚度性能）

通过上述曲线我们可以得到该弹簧的刚度值。当然，我们直接将提取的最后一步的结果数据进行计算也可以，没必要绘制曲线。

除了上述方式，我们还可以结合单自由度的振动系统的固有频率，通过系统固有频率来研究这个弹簧的刚度，当然这只是针对本文特定的弹簧场景。作者希望表达的是，利用cae仿真作为一个“黑箱”的方法对结构进行属性参数的研究，不失为一种够得着的方法。

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