Ansys单元库弹簧单元

1、名称COMBIN14ElememRefbr巳nc巳（单元参考aPariI（第一部分）.El巳m匕mLibrary（单元曲；）COMB1N14弹簧-阻尼器Spring-DamperMPMESTPRPPEDCOMBIN14单元描述COMB1N14具有1维，2维或3维应用中的轴向或扭转的性能。轴向的弹簧-阻尼器选项是一维的拉伸或压缩单元口它的每个节点具有3个自由度：xyz的轴向移动。它不能考虑弯曲或扭转。扭转的弹簧阻尼器选项采个纯扭转单兀。它的每个节点具有3个自由度的：x,y,z的旋转。它不能考虑弯曲或轴向力。弹簧阻尼器没有质量。质量可以通过其他合适的质量单元添加（参阅MASS21）O弹簧或阻尼特性

2、可以在单元里去除。参阅ANSYS,1皿理论指南中的COMETN14的更多介绍。更一般的弹簧或阻尼单元可以用刚度矩阵单元（MATRIX27）.另一种弹簧-阻尼单元是COMBfN4（X它的作用方向出节点坐标方向决定。Figure14.1COMBINI4几何形状2维单元必须位于7=常数的平面内（即xy平面译注）COMBIN14输入数据这个单元的儿何形状，节点位置和坐标系统可以在Figure14.1COMBIN14几何形状”中找到二这个单元由两个节点，一个弹簧常数（k）和阻尼系数（cj和（5）2组成。阻尼特性不能用于静力或无阻尼的模态分析。轴向弹簧常数的单位是“力/长度，阻尼系数的单位是：力出时间/长

3、度C扭转弹簧常数和阻尼系数的单位是:力*长度/弧/ir和心力玮长度牢时间/弧度o对于2维轴对称问题，这些值应该基于360雹单兀的阻尼部分只是把阻尼系数传到结构阻尼矩阵口阻尼力（F）或扭矩（T）由下式Fx=-Cvdux/dtorTy=-cvd0/dt这里cv是阻尼系数，由Cv二(cv)i+(cv)2v式确定。V是上一子步计算得到的速度。第二个阻尼系数(cv)2是用于某些液态环境下产生非线性阻尼效果。假如)2是输入(就像实常数CV2).KEYOPT(l)必须设成LKEYOPT(2)=I6用來设置成一维单元。使用这些选项，单元工作于节点坐标系统(参阅操作节点坐标系统的单元M)oKEYOPT(2)=7

4、和&选项允许单元用丁热分析或压力分析。单元输入概婆参阅“COMBIN14输入概要：全面的单元描述参阅“单元输入COMBIN14输入概要节点I,J自由度UX,UY,UZ假如KEYOPT(3)=0ROTX,ROTY,ROTZ假如KEYOPT(3)=1UX.UY假如KEYOPT(3)=2假如KEYOPT(2)0见下文实常数K-弹簧常数CV1-阻尼系数CV2川尼系数(KEYOPT须置成1)材料属性DAMP表面载荷None体载荷None特殊特性5+非线性（假如CV2不是0）应力刚化大变形生与死KEYOPT（l）求解类型：0“线性解（缺省）非线性解（需要，假如CV2不为0）KEYOPT（2）1维时的自由度

5、选择：0-使用KEYOPT（3）选项1“1维轴向弹簧阻尼器（IJX自由度）2-1维轴向弹簧阻尼器（UY自由度）3-1维轴向弹簧阻尼器（UZ自由度）4-1维扭转弹簧阻尼器（ROTX自由度）1维扭转弹簧-阻尼器（ROTY自由度）6-1维扭转弹簧阻尼器(ROTZ自由度)7-圧力自由度单元8-温度自由度单元注：KEYOPT(2)覆盖KEYOPT(3)KEYOPT(3)2维和3维时的自由度选择：0-3维轴向弹簧阻尼器1-3维扭转弹簧阻尼器22维轴向弹簧阻尼器(2维单元必须位于X-Y面内)COMBIN14输出数据与单元相关的求解输;儿有两种形式:节点位移包括在所有节点解中其他的单兀输击见于Table14.

6、1:nCOMBIN14单兀输山立义二某些条款叙述于Figue142”COMBINI4应力输出I般性的求解输山描述见于求解输出关于察看结果的方法参阅ANSYS基本分析指南oFigure14.2COMBIN14应力输出单兀输出足义表使用如下标记:“名字栏下的冒号（:）表示可以用“组件名字方法ETABLE.ESOL访问该项冃。O栏表不是否在文件Jobname,OUT中存在口R栏表乎在结果文件中是占存在*在0或R栏中,Y表示该项目存在，一个数字表示该项目有条件存在，需要参阅该数字相应的脚注ra表示该项目不存在Table14_1COMBIN14单元输出定义ELNameDeiinition单兀号NODES

7、XC,YC,ZC节点JJ输出呂果的位倉FORC或TORQSTRETCH或TWIST弹簧力或弯矩弹簧的齐氏或弹竇的扭而（弧度）RATE弹簧常数VELOCITYDAMPINGFORCE或TORQUE速度-|Y阻尼力或弯矩（为0除非ANTYPE,TRANS并丫丫且阻尼出现）I.作为進工条冃在质心处存在Table142C0MBIN14条冃和序列号初列出了通过ETABLE命令便用扉序列号方法所有的输出项。参阅本手册中ANSYS基本分析指南中的通用后处理器（POST1）和条冃和序列号表以获更多佶息。以下标记用于T血巳142OMBIN14条冃和序列号匕名字T訪b14：C0MBIN14单元输出定义利中所左义的

8、输出量条冃为ETABLE命令预定义的条日标签单值或常数单元数据的系列号Table142COMBIN14条目和系列号输出量名字|ETABLE和ESOL命令输入|条目EFORCSMISC|1|stretchNMISC|1VELOCITYNMISC2DAMPINGFORCENMISC|3|COMBIN14假设与限制假如KEY0FT(2)为0,弹簧阻尼器的长度必须不是0,亦即，节点【和J不应该重合,因为节点位置决定了弹簧的方向.轴向弹簧刚度只作用沿其长度方向.扭转弹簧单元刚度就像扭转棒，作用于绕瓦氏度方向单元只允许在弹簧中有单一应力.在热分析中，温度或压力自由度具有与位移相比拟的作用只有KYOPT(2

9、)=0选项支持应力刚化或大变形口并且，假如KEYOPT=1(扭转)用于大变形，所有坐标将不能被更新。弹簧或阳尼特性可以分别用K或CV置0来去除假如CV2不是0,单元是非线性的，蛊要迭代(KEYOPT(1)=1).以下限制只适用于KEYOPT(2)大于0时.假如KEYOPT(2)大于0?单元只有1个0由度*这个自由度由节点坐标系碓定，两个节点相同。(参阅在节点坐标系中操作的单元)假如节点坐标系相对于彼此Ifu旋转，同一自由度也许在不同的方向上(可能导致无法预测的结果)。然而，单元只是单方向作用的。节点I和J于是就可以在任意位置(最好同一)0对于非同一节点和KEYOPT(2)72或3,就没有扭转效

10、果。就是说，如果节点偏离了作用线，弯矩平衡无法满足。单元的正向定义于节点J相对于I移动使弹簧拉升。假如在给定条件下，节点I和J互换，节点J相对于I的正向位移趋于压缩弹簧。COMBIN14产品限制使用下述产品，单元除了受制于前述限制外，还有下述限制.ANSYSProfessional（专业版）StructuralAnalysis（结构分析）：没有阻尼;CV1,CV2不能用*只允许应力刚化和大变形.KEYOPT=7或&不允许.DAMP材料特性不能用.ANSYSProfessional（专业版）,ThermalAnalysis（热分析）：KEYOPT（2）缺省为8.KEYOPT不适用+PLANE13

11、NextPIPE16文档建J：Wednesday,September242003at18:15:42-04:00COMBIN39一非线性弹簧单元单元描述:COMBIN39是一个具有非线性功能的单向单元，可对此单兀输入广义的力变形曲线。该单冗可用于任何分析之中。在一维、二维和三维的应用中，本单元都有轴向或扭转功能乜轴向选项（longitudinal）代表轴向拉Jk单元，每个节点具有3个自由度：沿节点绝标系X,Y,Z的平动，不考虑弯曲和扭转口扭转选项（torsional）代表纯扭单元,每个节点具有3个自由度*绕节点坐标轴X，Y?Z的转动，不考虑弯曲和轴向荷载口此单兀仅当每个节点有两个或者三个自由度

12、的时候，才可以具有大位移的功能。单元的详细特性请参考理论手册中的COMBIN39单元。本单元没有质量和热容量,这些性能可以利用其他适当的单元（如MASS21和MASS71）来加入点ANSYS还提供了具有阻尼和间隙的双线性力一变形单元（COMB1N40）o下面是本单元示意图。图39-1COMBIN39单元几何特性COMBIN39单元的输入数据单元的几何形狀、节点位置和坐标系如图39（COMBIN39单元示意图）所示口此单冗可由二个节点和一条广义荷载一变形曲线定义。在结构分析中，曲线上的*点DI,F1等等）代表力一平动位移关系或者弯蛀一转动位移关系；而在热分析中，这些点则表示热率一温度关系或者热流

13、率一压力关系。进行轴对称分析时，应在整个360范围内定义荷载。输入的荷载一变形曲线应当是从第三象限（压区）递增至第象限（拉区儿两个相邻点之间的变形差值与输入的总变形的比值不应小至iE7左右。输入的最后一个变形必须为正值。耍避免出现近乎竖直的线段。超出所定义的荷载一变形曲线范围后，荷载一变形关系维持为超出前的最后一段曲线表达的关系此时状态标志亦等于最后一段的段号如果压区的曲线有显式的定义(即不是通过拉区的镜像所得)，那么在(00)处和第一象限(拉区)内都必须至少定义一个点口若设置了关键字KEYOPT(2)=1(不能承受压力)，则荷载一变形曲线不得延伸到第三象限内。值得注意的是，与接触单元相似，这

14、种纯受拉的性能可能会导致计算时的收敛困难。可以参考ANSYS结构分析指南中的接触部分以及本手册中对接触单元的描述，其中可以找到克服这种收敛困难的指要口特别提示：使用“镜像这一选项可使得用于定义曲线的点数(原有20个)实现翻番的效果0每段线的斜率可山可负，但是通过原点的那一段除外：它的斜率必须为正。在设置关键?KEYOPT(1)=1的情况下，最末端的那段线斜率不可为负口同时，在第二利第四象限内不能定义荷载一变形点，且其他备段线的斜率不得大于通过原点的那一段关键字KEYOPT(l)是卸载方式选项，可以选择沿与加载相同的路径卸载，亦可按平行于原点处的线段的斜率卸载口后一种方式可用于模拟滞口效应口关键

15、字KEYOPT(2)提供了几种性能不同的加载曲线，如图392(COMBIN39单冗荷载一变形曲线)所示。当节点仅有一个自由度吋，通过关键字KEYOPT可选定自由度的类型：可以是一个方向的平动自由度、一个方向的转动自由度、一种床力或者一个温度口另外，此单元的节点亦可具有多种类型的自由度(通过设置关键字KEYOPT(4)0)o此时单冗的两个节点位置不可重合，因为加载的方向与两节点的连线方向间存在线性关系。选择轴向选项(KEYOPT(4)=1或3)将会创建轴向拉Ik单元，其每个节点具有两个或三个平动口由度。不考虑弯曲和扭转。选择扭转选项(KEYOPT(4)=2)则可创建纯扭单元，此时单元的每个节点仅

16、具有三个转动自由度。不考虑弯曲和轴向荷载。施加荷载吋，应力刚化功能可用，但是有扭转荷载时该功能不可用o当同时设置关键字KEYOPT(4)=1或3并使用命令NLGEOM.ON时，此单兀具有大位移的功能，且实每个节点仅有两个或者三个自由度。对于在加(卸)载通过荷载一变形曲线的斜那(切线斜率)变化过快的点时所产生的收敛困难，使用直线搜索法(LNSRCHQN)常常会有所帮助。策COMB1N39单元输入一览”给出了此单元输入的总结口“单元般特性中的化单元输入”项则给出了所有離元输入的通用性描述口COMBIN39单元输入一览节点LJ节点自由度UX,UY,UZ,ROTX,ROTY?ROTZ,PRES,TEM

17、P可通过KEYOPT(3)选择设为一维单元可通过KEYOPT(4)选择设为有限的二维或三维单元实常数DI,FigF2?D3?F3,D4,F4,，D20,F20可参照（COMBIN39的实常数表）中的描述材料性质DAMP（材料阻尼）表面荷载不支持体荷载不支持特殊用法:非线性应力刚化大位移KEYOPTf1)控制卸载路径0沿与加载相同的路径卸载按平彳亍于原点处的线段的斜率卸载KEYOPT（2）控制单元受压时的性能0按照所定义的受压曲线（无定义时则使用受拉部分的镜像）加压力荷载1单元不能承受压力荷载2初始加载时按照受拉曲线，屈曲后（出现零刚度或负刚度）才按照受压曲线加载KEYOPT（3）控制一维单元时

18、自由度的类型（设置有KEYOPT（4）时，它将覆盖KEY0PT（3）O,bLX（沿X轴方向平动）UY沿Y轴方向平动）UZ（沿Z轴方向平动）ROTX（绕X轴转动）ROTX（绕Y轴转动）ROTX绕Z轴转动）PRES（压力）5TEMP（温度）KEYOPT（4）控制二维单元或者三维单元时自由度的类型0二维轴向单元（UX,UY和UZ）三维纯扭单元（ROTX,ROTY和ROTZ）二维轴向单元。（UX,UY）此吋单元必须位于X-Y平面内-KEYOPT(6)控制单元输出0基木单元输出1还打印出荷载一位移曲线（仅在某问题进行第次迭代时）表39-1COMBIN39单元实常数序号名称描述1D1荷载一变形曲线上第一点

19、的变形值2F1荷载一变形曲线上第一点的荷载值3D2荷载一变形曲线上第点的变形值4F2荷载一变形曲线上第二点的荷载值5D33F3/等等对继续输入曲线上最大可达20个点的变形和荷载值COMBIN39单元的输出数据此单兀可输出的解包含以下两个方面：总体节点解中该单元纽成节点对应口由度的结果附加单兀输出可参见表392(COMBIN39单元输出信息表)通过KEYOPT(3)选择的自由度其相应的节点位移和节点力才可以输出。对于轴对称分析，单元力将衣整个360。范围内表出。单元的输出值STRETCH表示最后一个荷载子步的相对变形(例如UX(J)UX(HJORIG等等)口STAT和OLDST指的是沖前荷载子步

20、和前一荷载子步在荷载一变形曲线丄所处位置对应线段的段号。STAT-0或OLDST=0则表明在进行业保守性卸载(KEYOPT(1)=l)o若状态标志为99或99,说明泊前荷载一变形曲线活动的载荷点已经超岀了原给定点的范围超出最后一点后，斜率简单的维持为超出前的最后一段曲线的斜率。“单元一般特性中的“解输LIT项给出了所有单元解输出的通用性描述。可参考ANSYS基本分析指南”中查看结果的方法。KEYOPT(1)=0(conservative)KEYOPTp)=0KEYOPT(1)=0KEYOPTp)=1KEYOPT=0KEYOPT(2)=2KEYOPT=1(Nonconservative)KEYO

21、PT(2)=0KEYOPT(1)=1KEYOPT=1KEYOPT(1)=1KEYOPT(2)=2图39-2COMBIN39单兀荷载:一变形曲线以下表39-2(COMBIN39单元输出信息表)中第列给岀了各输出项的名称，用命令ETABLE(POST1)及ESOL(POST26)nJ定义这些变量用于查询第三列“CT表示某一变量值是否在输出文件Jobname.out中给出，第四列表示某一变量值是否在结果文件中给出口第三列和第四列中Y表示始终可以输出，列中的具体数值则表示在满足特定条件时才可输出，而则表示不可输出口表39-2COMBIN39单元输出信息表名称可输出的项目0REL单元号YYNODES单元

22、节点号（I和J）YYXC7YC?ZC当前结果报告点的位置坐标，Y4UORIG反向加载后的原点漂移11FORCE单元力YYSTRETCH节点的相对位移（包含原点漂移）YYSTAT最后1时间步的状态标志22OLDST单元轴向弹性应变22UII节恵的位移YYUJJ节点的位移YYCRUSH屈曲后使用的荷载一变形曲线的状态标志3SLOPE当前曲线段的斜率Y一L若KEYOPT（1）=I2”如果状态标志STAT为：0表示非保守性卸载1-20-最后一时间步所处曲线段的段号99已超出了最后一段曲线（按最后一段外插取值）（负的STAT表明在压区）若KEYOPT（2）=2_i_CRUSH为：0表示受拉时使用原定义的

23、拉伸曲线1表示受拉吋使用原定义压区曲线在拉区的镜像（此单元之前曾经受压）仅在质心处才E利用尙GET命令得到此项“COMBIN39I页目和序号表”中歹Q出了在后处理中可通过STABLE命令力口参数及数字序号的方法定义可列表察看的有关变屋的细则。详见ANSYS基本分析指南中有关“通用后处理（POST1）和“项冃和序号表”部分。下面是表格的-些使用说明：Name（名称）指在LINK!单元输出数据说明表中的有关变量Item（项目）命令ETABLE中使用的参数口单元数据为常数或单值时对应的序号。表39-3COMNBIN39单元项R和序号表OutputQuantityName（变量名）ETABLE和ESOL命令输入项Ite