【Radioss干货】弹簧单元失效

本文摘要（由AI生成）：

本文主要介绍了Radioss求解器中弹簧单元的失效方式、失效准则以及多向失效和单向失效的区别。弹簧单元的失效方式包括单向失效和多向失效，其中单向失效是默认的失效方式。失效准则包括位移准则、内力准则和内能准则，可以通过参数Ifail2进行设置。多向失效需要考虑各个单向失效的耦合效应，采用弹簧单元多向失效公式进行计算。文章还通过实例说明了单向失效和多向失效的区别以及不同失效准则的应用。

上一讲我们介绍了关于 KJOINT2 卡片中的刚度和阻尼，本期我们将介绍Radioss求解器中弹簧单元的失效。

在Radioss求解器中，针对1D弹簧单元同样也考虑失效设置。属性为TYPE4,8,12,13,25的弹簧单元具有两种方式考虑失效，均可以通过参数 Ifail控制单向失效(uni-directional failure)或多向失效(multi-directional failure)。通常单向失效方式是默认的失效方式，如TYPE4单元属性中没有参数Ifail，那么它就只默认单向失效这一种失效方式。

在Radioss中弹簧失效准则，还可以通过设置参数 Ifail2添加位移准则，内力准则和内能准则进行判定。

位移准则是默认的失效准则，使用参数Ifail，一旦输入参数 Ifail2那么它就会被优先考虑。

弹簧单元失效方式和失效准则的汇总表如下：

本期将具体展开讲解以下几点：

弹簧单元根据单元属性有不同的承载方向，比如TYPE13有拉压，剪切，扭转，弯曲这些承载方式。

Type13弹簧单元的不同承载方向

那么单向失效的定义为：只要在任何一个承载方向上满足失效准则，弹簧就会失效。

当i=1，2，3 任意平动承载方向上（正或负）的位移达到用户定义的最大（正或负）位移值后，弹簧失效，即：

当i=4，5，6 任意转动承载方向上（正或负）的转角达到用户定义的最大（正或负）转角值后，弹簧失效，即：

1、在单轴拉伸试验中定义弹簧轴向最大拉伸位移为：

即当弹簧拉伸位移达到0.04m后弹簧失效，弹簧中的力为零，如下图所示。

2、在单轴扭转试验中，定义轴向扭转最大角度为：

当弹簧转动的转角达到0.035弧度后弹簧失效，即弹簧中的力矩为零，如下图所示。

当使用单向失效方式（Ifail=0），并且同时设置多个载荷方向的失效最大值，那么其中任何一个准则满足，弹簧就失效。

3、在如下单轴拉伸和扭转试实验中，同时设置了轴向最大拉伸位移为：

轴向扭转最大角度为：

那么在Time=0.58s时，扭转角度已经满足了轴向扭转最大角度，所以即便此时拉伸还没有达到最大拉伸位移（从仅单轴拉伸试验结果的上图观察，弹簧拉伸失效在Time=0.8s），弹簧在Time=0.58s后失效，弹簧中的力和力矩都为零，这种情况弹簧就遵从了两失效定义中的扭转失效。

多向失效应考虑以下公式（弹簧单元多向失效公式），综合各个单向失效的耦合效应：

还是单轴拉伸和扭转的载荷下，类似前面介绍的实例中的第三个，同时设置了轴向最大拉伸位移为：

轴向扭转最大角度为：

如果采用多向失效（Ifail=1），那么结果显示（下图）无论从哪个载荷看，弹簧失效都早于任何单个载荷。

• 定义的最大拉伸位移为：

弹簧失效时最大轴向位移是：0.0236m （<0.04m）；

• 定义的轴向扭转最大角度为：

弹簧失效时的最大扭转角度是0.02826rad （<0.035rad）。

这是由于Radioss求解器中弹簧失效公式采用了比较常见的系数设置（默认设置）：

那么弹簧的多向失效面就如下图所示。当载荷加载到位移0.0236m并且轴向转角0.02826rad时已经达到了失效面，所以弹簧就失效，力和力矩都为零。

弹簧单元的失效准则可以是位移准则，内力准则和内能准则。在TYPE8,13,25中弹簧属性中有参数Ifail2 ，用于选择不同的失效准则。而TYPE4，12弹簧属性中就只有默认的一种位移准则。

使用这个准则时要求在卡片中定义的最值都是位移和转角：

根据上面不同的失效方式，当弹簧中的位移或转角达到失效值时弹簧就失效。

为了考虑加载速度对弹簧失效的影响。相对于上面的准则，增加了关于速度影响的参数：

以幂函数的方式来描述速度大小对失效的影响：

以平动为例， 在不同的应变率下：

内力（力矩）准则（Ifail2=2）以及内能准则 （Ifail2=3），类似于上面Ifail2=1的情况，但是对于卡片中要求输入的参数就不再是位移（或转角）：

而是：