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COMBIN39非線性彈簧單元單元描述：COMBIN39 是一個(gè)具有非線性功能的單向單元，可對(duì)此單元輸入廣義的力變形曲線。該單元可用于任何分析之中。在一維、二維和三維的應(yīng)用中，本單元都有軸向或扭轉(zhuǎn)功能。軸向選項(xiàng)（longitudinal） 代表軸向拉壓?jiǎn)卧?，每個(gè)節(jié)點(diǎn)具有3 個(gè)自由度：沿節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系X，Y，Z 的平動(dòng)，不考慮彎曲和扭轉(zhuǎn)。扭轉(zhuǎn)選項(xiàng)（torsional） 代表純扭單元，每個(gè)節(jié)點(diǎn)具有3 個(gè)自由度：繞節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)軸X，Y， Z 的轉(zhuǎn)動(dòng)，不考慮彎曲和軸向荷載。此單元僅當(dāng)每個(gè)節(jié)點(diǎn)有兩個(gè)或者三個(gè)自由度的時(shí)候，才可以具有大位移的功能。單元的詳細(xì)特性請(qǐng)參考理論手冊(cè)中的COMBIN39 單元。本單元沒有質(zhì)量和熱容量，這些性能可以利用其他適當(dāng)?shù)膯卧ㄈ鏜ASS21 和MASS71） 來加入。ANSYS 還提供了具有阻尼和間隙的雙線性力變形單元（COMBIN40）。下面是本單元示意圖。圖39-1 COMBIN39 單元幾何特性 COMBIN39單元的輸入數(shù)據(jù)單元的幾何形狀、節(jié)點(diǎn)位置和坐標(biāo)系如圖39-1（COMBIN39 單元示意圖）所示。此單元可由二個(gè)節(jié)點(diǎn)和一條廣義荷載變形曲線定義。在結(jié)構(gòu)分析中，曲線上的各點(diǎn)（D1，F(xiàn)1 等等）代表力平動(dòng)位移關(guān)系或者彎矩轉(zhuǎn)動(dòng)位移關(guān)系；而在熱分析中，這些點(diǎn)則表示熱率溫度關(guān)系或者熱流率壓力關(guān)系。進(jìn)行軸對(duì)稱分析時(shí)，應(yīng)在整個(gè)360范圍內(nèi)定義荷載。輸入的荷載變形曲線應(yīng)當(dāng)是從第三象限（壓區(qū)）遞增至第一象限（拉區(qū)）。兩個(gè)相鄰點(diǎn)之間的變形差值與輸入的總變形的比值不應(yīng)小至1E7 左右。輸入的最后一個(gè)變形必須為正值。要避免出現(xiàn)近乎豎直的線段。超出所定義的荷載變形曲線范圍后，荷載變形關(guān)系維持為超出前的最后一段曲線表達(dá)的關(guān)系，此時(shí)狀態(tài)標(biāo)志亦等于最后一段的段號(hào)。如果壓區(qū)的曲線有顯式的定義（即不是通過拉區(qū)的鏡像所得）， 那么在（0,0） 處和第一象限（拉區(qū)）內(nèi)都必須至少定義一個(gè)點(diǎn)。若設(shè)置了關(guān)鍵字KEYOPT(2)1(不能承受壓力)，則荷載變形曲線不得延伸到第三象限內(nèi)。值得注意的是，與接觸單元相似，這種純受拉的性能可能會(huì)導(dǎo)致計(jì)算時(shí)的收斂困難?？梢詤⒖肌癆NSYS 結(jié)構(gòu)分析指南”中的接觸部分以及本手冊(cè)中對(duì)接觸單元的描述，其中可以找到克服這種收斂困難的指要。特別提示：使用“鏡像”這一選項(xiàng)可使得用于定義曲線的點(diǎn)數(shù)（原有20 個(gè)）實(shí)現(xiàn)翻番的效果。每段線的斜率可正可負(fù)，但是通過原點(diǎn)的那一段除外：它的斜率必須為正。在設(shè)置關(guān)鍵字KEYOPT(1)=1 的情況下，最末端的那段線斜率不可為負(fù)。同時(shí)，在第二和第四象限內(nèi)不能定義荷載變形點(diǎn)，且其他各段線的斜率不得大于通過原點(diǎn)的那一段。關(guān)鍵字KEYOPT(1)是卸載方式選項(xiàng)，可以選擇沿與加載相同的路徑卸載，亦可按平行于原點(diǎn)處的線段的斜率卸載。后一種方式可用于模擬滯回效應(yīng)。關(guān)鍵字KEYOPT(2)提供了幾種性能不同的加載曲線，如圖39-2（COMBIN39單元荷載變形曲線）所示。當(dāng)節(jié)點(diǎn)僅有一個(gè)自由度時(shí)，通過關(guān)鍵字KEYOPT(3)可選定自由度的類型：可以是一個(gè)方向的平動(dòng)自由度、一個(gè)方向的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度、一種壓力或者一個(gè)溫度。另外，此單元的節(jié)點(diǎn)亦可具有多種類型的自由度（通過設(shè)置關(guān)鍵字KEYOPT(4)0）。此時(shí)單元的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)位置不可重合，因?yàn)榧虞d的方向與兩節(jié)點(diǎn)的連線方向間存在線性關(guān)系。選擇軸向選項(xiàng)（KEYOPT(4)1 或3）將會(huì)創(chuàng)建軸向拉壓?jiǎn)卧涿總€(gè)節(jié)點(diǎn)具有兩個(gè)或三個(gè)平動(dòng)自由度。不考慮彎曲和扭轉(zhuǎn)。選擇扭轉(zhuǎn)選項(xiàng)（KEYOPT(4)2）則可創(chuàng)建純扭單元，此時(shí)單元的每個(gè)節(jié)點(diǎn)僅具有三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。不考慮彎曲和軸向荷載。施加荷載時(shí)，應(yīng)力剛化功能可用，但是有扭轉(zhuǎn)荷載時(shí)該功能不可用。當(dāng)同時(shí)設(shè)置關(guān)鍵字KEYOPT(4)1 或3 并使用命令NLGEOM,ON 時(shí)，此單元具有大位移的功能，且其每個(gè)節(jié)點(diǎn)僅有兩個(gè)或者三個(gè)自由度。對(duì)于在加（卸）載通過荷載變形曲線的斜率（切線斜率）變化過快的點(diǎn)時(shí)所產(chǎn)生的收斂困難，使用直線搜索法（LNSRCH,ON）常常會(huì)有所幫助?！癈OMBIN39 單元輸入一覽”給出了此單元輸入的總結(jié)?！皢卧话闾匦浴敝械摹皢卧斎搿表?xiàng)則給出了所有單元輸入的通用性描述。COMBIN39單元輸入一覽節(jié)點(diǎn)I，J節(jié)點(diǎn)自由度UX, UY, UZ, ROTX, ROTY, ROTZ, PRES, TEMP 可通過KEYOPT(3) 選擇設(shè)為一維單元可通過KEYOPT(4) 選擇設(shè)為有限的二維或三維單元實(shí)常數(shù)D1, F1, D2, F2, D3, F3, D4, F4, ., D20, F20 可參照（COMBIN39 的實(shí)常數(shù)表）中的描述材料性質(zhì)DAMP（材料阻尼）表面荷載不支持體荷載不支持特殊用法非線性應(yīng)力剛化大位移KEYOPT(1)控制卸載路徑0-沿與加載相同的路徑卸載1-按平行于原點(diǎn)處的線段的斜率卸載KEYOPT(2)控制單元受壓時(shí)的性能0-按照所定義的受壓曲線（無定義時(shí)則使用受拉部分的鏡像）加壓力荷載1-單元不能承受壓力荷載2-初始加載時(shí)按照受拉曲線，屈曲后（出現(xiàn)零剛度或負(fù)剛度）才按照受壓曲線加載KEYOPT(3)控制一維單元時(shí)自由度的類型(設(shè)置有KEYOPT(4)時(shí)，它將覆蓋KEYOPT(3)0,1-UX（沿X 軸方向平動(dòng)）2-UY（沿Y 軸方向平動(dòng)）3-UZ（沿Z 軸方向平動(dòng)）4-ROTX（繞X 軸轉(zhuǎn)動(dòng)）5-ROTX（繞Y 軸轉(zhuǎn)動(dòng)）6-ROTX（繞Z 軸轉(zhuǎn)動(dòng)）7-PRES（壓力）8-TEMP（溫度）KEYOPT(4)控制二維單元或者三維單元時(shí)自由度的類型0-三維軸向單元（UX，UY 和UZ） 1-三維純扭單元（ROTX，ROTY 和ROTZ） 2-二維軸向單元。（UX，UY）此時(shí)單元必須位于XY 平面內(nèi)。KEYOPT(6)控制單元輸出0-基本單元輸出1-還打印出荷載位移曲線（僅在某問題進(jìn)行第一次迭代時(shí)）表39-1 COMBIN39 單元實(shí)常數(shù)序號(hào)名稱描述1D1荷載變形曲線上第一點(diǎn)的變形值2F1荷載變形曲線上第一點(diǎn)的荷載值3D2荷載變形曲線上第二點(diǎn)的變形值4F2荷載變形曲線上第二點(diǎn)的荷載值5, . 40D3,F3,等可繼續(xù)輸入曲線上最大可達(dá)20 個(gè)點(diǎn)的變形和荷載值COMBIN39單元的輸出數(shù)據(jù)此單元可輸出的解包含以下兩個(gè)方面：l 總體節(jié)點(diǎn)解中該單元組成節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)自由度的結(jié)果l 附加單元輸出可參見表39-2（COMBIN39 單元輸出信息表）通過KEYOPT（3）選擇的自由度其相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)位移和節(jié)點(diǎn)力才可以輸出。對(duì)于軸對(duì)稱分析，單元力將在整個(gè)360范圍內(nèi)表出。單元的輸出值STRETCH 表示最后一個(gè)荷載子步的相對(duì)變形(例如UX(J)-UX(I)-UORIG 等等)。STAT 和OLDST 指的是當(dāng)前荷載子步和前一荷載子步在荷載變形曲線上所處位置對(duì)應(yīng)線段的段號(hào)。STAT=0 或OLDST=0 則表明在進(jìn)行非保守性卸載（KEYOPT（1） =1）。若狀態(tài)標(biāo)志為99 或-99，說明當(dāng)前荷載變形曲線活動(dòng)的載荷點(diǎn)已經(jīng)超出了原給定點(diǎn)的范圍。超出最后一點(diǎn)后，斜率簡(jiǎn)單的維持為超出前的最后一段曲線的斜率。“單元一般特性”中的“解輸出”項(xiàng)給出了所有單元解輸出的通用性描述?？蓞⒖肌癆NSYS 基本分析指南”中查看結(jié)果的方法。圖39-2 COMBIN39 單元荷載變形曲線以下表39-2(COMBIN39 單元輸出信息表)中第一列給出了各輸出項(xiàng)的名稱，用命令ETABLE（POST1）及ESOL（POST26）可定義這些變量用于查詢。第三列“O” 表示某一變量值是否在輸出文件Jobname.out 中給出，第四列“R”表示某一變量值是否在結(jié)果文件中給出。第三列和第四列中，“Y”表示始終可以輸出，列中的具體數(shù)值則表示在滿足特定條件時(shí)才可輸出，而“”則表示不可輸出。表39-2 COMBIN39 單元輸出信息表名稱可輸出的項(xiàng)目OREL單元號(hào)YYNODES單元節(jié)點(diǎn)號(hào) (I 和 J)YYXC, YC, ZC當(dāng)前結(jié)果報(bào)告點(diǎn)的位置坐標(biāo)，Y4UORIG反向加載后的原點(diǎn)漂移11FORCE單元力YYSTRETCH節(jié)點(diǎn)的相對(duì)位移（包含原點(diǎn)漂移）YYSTAT本時(shí)間步結(jié)束時(shí)的狀態(tài)標(biāo)志22OLDST類似于STAT，本時(shí)間步開始時(shí)的狀態(tài)標(biāo)志22UII 節(jié)點(diǎn)的位移YYUJJ 節(jié)點(diǎn)的位移YYCRUSH屈曲后使用的荷載變形曲線的狀態(tài)標(biāo)志3- SLOPE當(dāng)前曲線段的斜率Y- 1. 若KEYOPT(1)=1。2. 如果狀態(tài)標(biāo)志STAT 為：0表示非保守性卸載；1-20-最后一時(shí)間步所處曲線段的段號(hào)；99-已超出了最后一段曲線（按最后一段外插取值）（負(fù)的STAT 表明在壓區(qū)）。3. 若KEYOPT(2)2 且CRUSH 為：0-表示受拉時(shí)使用原定義的拉伸曲線1-表示受拉時(shí)使用原定義壓區(qū)曲線在拉區(qū)的鏡像（此單元之前曾經(jīng)受壓）4. 僅在質(zhì)心處才可利用*GET 命令得到此項(xiàng)。“COMBIN39 項(xiàng)目和序號(hào)表”中列出了在后處理中可通過ETABLE 命令加參數(shù)及數(shù)字序號(hào)的方法定義可列表察看的有關(guān)變量的細(xì)則。詳見ANSYS 基本分析指南中有關(guān)“通用后處理 (POST1)”和“項(xiàng)目和序號(hào)表”部分。下面是表格的一些使用說明：Name （名稱）指在“LINK1 單元輸出數(shù)據(jù)說明表”中的有關(guān)變量。Item（項(xiàng)目）命令ETABLE 中使用的參數(shù)。E 單元數(shù)據(jù)為常數(shù)或單值時(shí)對(duì)應(yīng)的序號(hào)。表39-3 COMNBIN39 單元項(xiàng)目和序號(hào)表輸出變量名ETABLE 和 ESOL 命令輸入項(xiàng)ItemEFORCESMISC1STRETCHNMISC1UINMISC2UJNMISC3UORIGNMISC4STATNMISC5OLDSTNMISC6COMBIN39單元的假定及其使用限制l 如果設(shè)置了KEYOPT(4) = 0， 則此單元每個(gè)節(jié)點(diǎn)僅有一個(gè)自由度；該自由度可由KEYOPT(3)給定。這種自由度是在節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系中定義的，對(duì)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)完全相同（可參照“須在節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系中操作的單元”）。l 此單元的行為僅相當(dāng)于是單維的。節(jié)點(diǎn)I 和J 可以處在空間的任何位置（當(dāng)然也可選擇讓二節(jié)點(diǎn)重合）l 在此單元中，節(jié)點(diǎn)J 相對(duì)于節(jié)點(diǎn)I 的正位移表明單元有受拉的趨勢(shì)。l 如果設(shè)定KEYOPT(4) 0，那么此單元的每個(gè)節(jié)點(diǎn)有兩個(gè)或者三個(gè)自由度。此時(shí)單元的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)位置不可重合，因?yàn)閱卧Φ姆较蛞蓛晒?jié)點(diǎn)的連線來定義。l 此單元是非線性的，因此需要迭代求解。l 此單元僅在靜力分析和非線性瞬態(tài)動(dòng)力分析中才能有非線性行為l 同大多數(shù)非線性單元一樣，此單元必須逐步加載和卸載。l 當(dāng)單元和荷載均非保守時(shí)，必須嚴(yán)格按照實(shí)際加載路徑和固有的加載順序來加載。l 此單元不能由EKILL 命令來殺死。l 求解過程中不可改變?cè)搯卧膶?shí)常數(shù)。l 只要該單元上的受力一改變符號(hào)，程序就會(huì)重設(shè)UORIG 值（原點(diǎn)漂移）， 即等效于將荷載變形曲線移至這一荷載變號(hào)點(diǎn)處。如果設(shè)置了KEYOPT(2)