ansys单元-combin39.docx

COMBIN39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，可对此单元输入广义的力变形曲线。该单元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。轴向选项（longitudinal） 代表轴向拉压单元，每个节点具有3 个自由度：沿节点坐标系X，Y，Z 的平动，不考虑弯曲和扭转。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。此单元仅当每个节点有两个或者三个自由度的时候，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。ANSYS 还提供了具有阻尼和间隙的双线性力变形单元（COMBIN40）。下面是本单元示意图。图39-1 COMBIN39 单元几何特性 COMBIN39单元的输入数据单元的几何形状、节点位置和坐标系如图39-1（COMBIN39 单元示意图）所示。此单元可由二个节点和一条广义荷载变形曲线定义。在结构分析中，曲线上的各点（D1，F1 等等）代表力平动位移关系或者弯矩转动位移关系；而在热分析中，这些点则表示热率温度关系或者热流率压力关系。进行轴对称分析时，应在整个360范围内定义荷载。输入的荷载变形曲线应当是从第三象限（压区）递增至第一象限（拉区）。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1E7 左右。输入的最后一个变形必须为正值。要避免出现近乎竖直的线段。超出所定义的荷载变形曲线范围后，荷载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（0,0） 处和第一象限（拉区）内都必须至少定义一个点。若设置了关键字KEYOPT(2)1(不能承受压力)，则荷载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。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。每段线的斜率可正可负，但是通过原点的那一段除外：它的斜率必须为正。在设置关键字KEYOPT(1)=1 的情况下，最末端的那段线斜率不可为负。同时，在第二和第四象限内不能定义荷载变形点，且其他各段线的斜率不得大于通过原点的那一段。关键字KEYOPT(1)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。后一种方式可用于模拟滞回效应。关键字KEYOPT(2)提供了几种性能不同的加载曲线，如图39-2（COMBIN39单元荷载变形曲线）所示。当节点仅有一个自由度时，通过关键字KEYOPT(3)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、一种压力或者一个温度。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）。此时单元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）将会创建轴向拉压单元，其每个节点具有两个或三个平动自由度。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具有三个转动自由度。不考虑弯曲和轴向荷载。施加荷载时，应力刚化功能可用，但是有扭转荷载时该功能不可用。当同时设置关键字KEYOPT(4)1 或3 并使用命令NLGEOM,ON 时，此单元具有大位移的功能，且其每个节点仅有两个或者三个自由度。对于在加（卸）载通过荷载变形曲线的斜率（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（LNSRCH,ON）常常会有所帮助。“COMBIN39 单元输入一览”给出了此单元输入的总结。“单元一般特性”中的“单元输入”项则给出了所有单元输入的通用性描述。COMBIN39单元输入一览节点I，J节点自由度UX, UY, UZ, ROTX, ROTY, ROTZ, PRES, TEMP 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D1, F1, D2, F2, 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KEYOPT(1)控制卸载路径0-沿与加载相同的路径卸载1-按平行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)控制一维单元时自由度的类型(设置有KEYOPT(4)时，它将覆盖KEYOPT(3)0,1-UX（沿X 轴方向平动）2-UY（沿Y 轴方向平动）3-UZ（沿Z 轴方向平动）4-ROTX（绕X 轴转动）5-ROTX（绕Y 轴转动）6-ROTX（绕Z 轴转动）7-PRES（压力）8-TEMP（温度）KEYOPT(4)控制二维单元或者三维单元时自由度的类型0-三维轴向单元（UX，UY 和UZ） 1-三维纯扭单元（ROTX，ROTY 和ROTZ） 2-二维轴向单元。（UX，UY）此时单元必须位于XY 平面内。KEYOPT(6)控制单元输出0-基本单元输出1-还打印出荷载位移曲线（仅在某问题进行第一次迭代时）表39-1 COMBIN39 单元实常数序号名称描述1D1荷载变形曲线上第一点的变形值2F1荷载变形曲线上第一点的荷载值3D2荷载变形曲线上第二点的变形值4F2荷载变形曲线上第二点的荷载值5, . 40D3,F3,等可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元可输出的解包含以下两个方面：l 总体节点解中该单元组成节点对应自由度的结果l 附加单元输出可参见表39-2（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，单元力将在整个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(I)-UORIG 等等)。STAT 和OLDST 指的是当前荷载子步和前一荷载子步在荷载变形曲线上所处位置对应线段的段号。STAT=0 或OLDST=0 则表明在进行非保守性卸载（KEYOPT（1） =1）。若状态标志为99 或-99，说明当前荷载变形曲线活动的载荷点已经超出了原给定点的范围。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“解输出”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。图39-2 COMBIN39 单元荷载变形曲线以下表39-2(COMBIN39 单元输出信息表)中第一列给出了各输出项的名称，用命令ETABLE（POST1）及ESOL（POST26）可定义这些变量用于查询。第三列“O” 表示某一变量值是否在输出文件Jobname.out 中给出，第四列“R”表示某一变量值是否在结果文件中给出。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。表39-2 COMBIN39 单元输出信息表名称可输出的项目OREL单元号YYNODES单元节点号 (I 和 J)YYXC, YC, 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本时间步结束时的状态标志22OLDST类似于STAT，本时间步开始时的状态标志22UII 节点的位移YYUJJ 节点的位移YYCRUSH屈曲后使用的荷载变形曲线的状态标志3- SLOPE当前曲线段的斜率Y- 1. 若KEYOPT(1)=1。2. 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）。3. 若KEYOPT(2)2 且CRUSH 为：0-表示受拉时使用原定义的拉伸曲线1-表示受拉时使用原定义压区曲线在拉区的镜像（此单元之前曾经受压）4. 仅在质心处才可利用*GET 命令得到此项。“COMBIN39 项目和序号表”中列出了在后处理中可通过ETABLE 命令加参数及数字序号的方法定义可列表察看的有关变量的细则。详见ANSYS 基本分析指南中有关“通用后处理 (POST1)”和“项目和序号表”部分。下面是表格的一些使用说明：Name （名称）指在“LINK1 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。E 单元数据为常数或单值时对应的序号。表39-3 COMNBIN39 单元项目和序号表输出变量名ETABLE 和 ESOL 命令输入项ItemEFORCESMISC1STRETCHNMISC1UINMISC2UJNMISC3UORIGNMISC4STATNMISC5OLDSTNMISC6COMBIN39单元的假定及其使用限制l 如果设置了KEYOPT(4) = 0， 则此单元每个节点仅有一个自由度；该自由度可由KEYOPT(3)给定。这种自由度是在节点坐标系中定义的，对两个节点完全相同（可参照“须在节点坐标系中操作的单元”）。l 此单元的行为仅相当于是单维的。节点I 和J 可以处在空间的任何位置（当然也可选择让二节点重合）l 在此单元中，节点J 相对于节点I 的正位移表明单元有受拉的趋势。l 如果设定KEYOPT(4) 0，那么此单元的每个节点有两个或者三个自由度。此时单元的两个节点位置不可重合，因为单元力的方向要由两节点的连线来定义。l 此单元是非线性的，因此需要迭代求解。l 此单元仅在静力分析和非线性瞬态动力分析中才能有非线性行为l 同大多数非线性单元一样，此单元必须逐步加载和卸载。l 当单元和荷载均非保守时，必须严格按照实际加载路径和固有的加载顺序来加载。l 此单元不能由EKILL 命令来杀死。l 求解过程中不可改变该单元的实常数。l 只要该单元上的受力一改变符号，程序就会重设UORIG 值（原点漂移）， 即等效于将荷载变形曲线移至这一荷载变号点处。如果设置了KEYOPT(2)