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ABAQUS折纸弹簧展开过程分析，初始模型为折叠状态，载荷作用下，沿折痕展开 具体参考公众号STEMer推文《折纸弹簧的展开过程仿真》

最近在研究ABAQUS的过程中，接触到了折纸弹簧展开过程的分析，觉得非常有趣，今天就来和大家分享一下。

我们都知道，折纸艺术千变万化，而将其与工程仿真结合起来，更是别有一番风味。这次的主角——折纸弹簧，初始模型处于折叠状态，在载荷的作用下，它会沿着折痕慢慢展开。这一过程通过ABAQUS软件进行模拟分析，能让我们清晰地了解其中的力学原理和变化情况。

首先，我们得建立模型。在ABAQUS中，创建一个与实际折纸弹簧相似的几何模型，这一步需要精准地定义各个部分的尺寸和形状，确保模型与实际情况相符。就拿简单的二维模型创建来说，我们可能会用到类似这样的代码（这里以Python脚本与ABAQUS结合为例，假设使用cae模块）：

from abaqus import * from abaqusConstants import * # 创建一个部件 myModel = mdb.models['Model-1'] myPart = myModel.Part(name='Part-1', dimensionality=TWO_D_PLANAR, type=DEFORMABLE_BODY) # 创建草图 s = myModel.ConstrainedSketch(name='__profile__', sheetSize=200.0) g, v, d, c = s.geometry, s.vertices, s.dimensions, s.constraints s.rectangle(point1=(0, 0), point2=(100, 50)) # 简单画个矩形模拟折纸弹簧的一部分 # 将草图拉伸成二维部件 myPart.BaseShell(sketch=s)

上述代码，先是导入必要的模块，然后在已有的模型中创建一个二维可变形体部件。接着，在草图中绘制一个矩形（当然实际折纸弹簧的草图会更复杂），最后将草图拉伸成二维部件。这只是一个非常基础的示例，实际建模过程中，需要根据折纸弹簧的具体结构进行复杂的草图绘制和部件创建。

模型建好后，就该添加材料属性了。折纸弹簧通常会有特定的弹性属性，我们需要在ABAQUS中准确地定义这些属性。比如，设置材料的弹性模量和泊松比，代码如下：

# 创建材料 myMaterial = myModel.Material(name='SpringMaterial') myMaterial.Elastic(table=((200000.0, 0.3),)) # 弹性模量200000MPa，泊松比0.3 # 将材料赋予部件 myAssembly = myModel.rootAssembly myInstance = myAssembly.Instance(name='Part-1-1', part=myPart, dependent=ON) myRegion = myInstance.faces myModel.HomogeneousSolidSection(name='SpringSection', material='SpringMaterial', thickness=None) myInstance.SectionAssignment(region=myRegion, sectionName='SpringSection', offset=0.0, offsetType=MIDDLE_SURFACE, offsetField='', thicknessAssignment=FROM_SECTION)

这段代码先创建了名为“SpringMaterial”的材料，并定义了其弹性属性。然后，在装配模块中创建部件实例，选择部件的面作为区域，为其赋予刚刚定义的材料属性。

接下来，就是关键的载荷施加环节。要让折纸弹簧沿着折痕展开，就需要在合适的位置施加合适的载荷。这里假设在弹簧的一端施加一个位移载荷，模拟实际中拉开弹簧的动作。

# 创建载荷工况 myStep = myModel.StaticStep(name='Step-1', previous='Initial') # 创建位移边界条件 myBC = myModel.DisplacementBC(name='BC-1', createStepName='Step-1', region=myInstance.sets['Set-1'], u1=10.0, u2=0.0, ur3=0.0, amplitude=UNSET, fixed=OFF, distributionType=UNIFORM, fieldName='', localCsys=None)

上述代码首先创建了一个静态分析步“Step - 1”，然后在“Step - 1”这个分析步中，对部件实例中名为“Set - 1”的集合（这里假设这个集合包含了我们要施加位移的位置）施加位移边界条件，使其在1方向上有10.0的位移，2方向和绕3轴旋转位移为0。

一切准备就绪，就可以提交作业进行计算啦。等计算完成后，我们就能通过ABAQUS的后处理模块查看折纸弹簧展开过程中的应力、应变分布以及位移变化等情况。从结果云图中，我们可以直观地看到在载荷作用下，弹簧沿着折痕展开时，哪些部位应力集中，哪些部位变形较大。这对于优化折纸弹簧的设计，提高其性能有着重要的指导意义。

通过这次ABAQUS对折纸弹簧展开过程的分析，不仅让我们更深入地理解了折纸结构在力学作用下的行为，也感受到了工程仿真的魅力。大家不妨也动手试试，探索更多有趣的模型分析。

参考公众号STEMer推文《折纸弹簧的展开过程仿真》，能获取更多详细的思路和技巧，希望大家在ABAQUS的学习和使用中不断发现新的乐趣。