COMBIN39非線性彈簧單元單元描述：COMBIN39 是一個具有非線性功能的單向單元，可對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、二維和三維的應用中，本單元都有軸向或扭轉功能。軸向選項（longitudinal） 代表軸向拉壓單元，每個節點具有3 個自由度：沿節點坐標系X，Y，Z 的平動，不考慮彎曲和扭轉。扭轉選項（torsional） 代表純扭單元，每個節點具有3 個自由度：繞節點坐標軸X，Y， Z 的轉動，不考慮彎曲和軸向荷載。此單元僅當每個節點有兩個或者三個自由度的時候，才可以具有大位移的功能。單元的詳細特性請參考理論手冊中的COMBIN39 單元。本單元沒有質量和熱容量，這些性能可以利用其他適當的單元（如MASS21 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單元的輸入數據單元的幾何形狀、節點位置和坐標系如圖39-1（COMBIN39 單元示意圖）所示。此單元可由二個節點和一條廣義荷載變形曲線定義。在結構分析中，曲線上的各點（D1，F1 等等）代表力平動位移關系或者彎矩轉動位移關系；而在熱分析中，這些點則表示熱率溫度關系或者熱流率壓力關系。進行軸對稱分析時，應在整個360范圍內定義荷載。輸入的荷載變形曲線應當是從第三象限（壓區）遞增至第一象限（拉區）。兩個相鄰點之間的變形差值與輸入的總變形的比值不應小至1E7 左右。輸入的最后一個變形必須為正值。要避免出現近乎豎直的線段。超出所定義的荷載變形曲線范圍后，荷載變形關系維持為超出前的最后一段曲線表達的關系，此時狀態標志亦等于最后一段的段號。如果壓區的曲線有顯式的定義（即不是通過拉區的鏡像所得）， 那么在（0,0） 處和第一象限（拉區）內都必須至少定義一個點。若設置了關鍵字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。值得注意的是，與接觸單元相似，這種純受拉的性能可能會導致計算時的收斂困難。可以參考“ANSYS 結構分析指南”中的接觸部分以及本手冊中對接觸單元的描述，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”這一選項可使得用于定義曲線的點數（原有20 個）實現翻番的效果。每段線的斜率可正可負，但是通過原點的那一段除外：它的斜率必須為正。在設置關鍵字KEYOPT(1)=1 的情況下，最末端的那段線斜率不可為負。同時，在第二和第四象限內不能定義荷載變形點，且其他各段線的斜率不得大于通過原點的那一段。關鍵字KEYOPT(1)是卸載方式選項，可以選擇沿與加載相同的路徑卸載，亦可按平行于原點處的線段的斜率卸載。后一種方式可用于模擬滯回效應。關鍵字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。當節點僅有一個自由度時，通過關鍵字KEYOPT(3)可選定自由度的類型：可以是一個方向的平動自由度、一個方向的轉動自由度、一種壓力或者一個溫度。另外，此單元的節點亦可具有多種類型的自由度（通過設置關鍵字KEYOPT(4)0）。此時單元的兩個節點位置不可重合，因為加載的方向與兩節點的連線方向間存在線性關系。選擇軸向選項（KEYOPT(4)1 或3）將會創建軸向拉壓單元，其每個節點具有兩個或三個平動自由度。不考慮彎曲和扭轉。選擇扭轉選項（KEYOPT(4)2）則可創建純扭單元，此時單元的每個節點僅具有三個轉動自由度。不考慮彎曲和軸向荷載。施加荷載時，應力剛化功能可用，但是有扭轉荷載時該功能不可用。當同時設置關鍵字KEYOPT(4)1 或3 并使用命令NLGEOM,ON 時，此單元具有大位移的功能，且其每個節點僅有兩個或者三個自由度。對于在加（卸）載通過荷載變形曲線的斜率（切線斜率）變化過快的點時所產生的收斂困難，使用直線搜索法（LNSRCH,ON）常常會有所幫助。“COMBIN39 單元輸入一覽”給出了此單元輸入的總結。“單元一般特性”中的“單元輸入”項則給出了所有單元輸入的通用性描述。COMBIN39單元輸入一覽節點I，J節點自由度UX, UY, UZ, ROTX, ROTY, ROTZ, PRES, TEMP 可通過KEYOPT(3) 選擇設為一維單元可通過KEYOPT(4) 選擇設為有限的二維或三維單元實常數D1, F1, D2, F2, D3, F3, D4, F4, ., D20, F20 可參照（COMBIN39 的實常數表）中的描述材料性質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-按平行于原點處的線段的斜率卸載KEYOPT(2)控制單元受壓時的性能0-按照所定義的受壓曲線（無定義時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-初始加載時按照受拉曲線，屈曲后（出現零剛度或負剛度）才按照受壓曲線加載KEYOPT(3)控制一維單元時自由度的類型(設置有KEYOPT(4)時，它將覆蓋KEYOPT(3)0,1-UX（沿X 軸方向平動）2-UY（沿Y 軸方向平動）3-UZ（沿Z 軸方向平動）4-ROTX（繞X 軸轉動）5-ROTX（繞Y 軸轉動）6-ROTX（繞Z 軸轉動）7-PRES（壓力）8-TEMP（溫度）KEYOPT(4)控制二維單元或者三維單元時自由度的類型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）此時單元必須位于XY 平面內。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（僅在某問題進行第一次迭代時）表39-1 COMBIN39 單元實常數序號名稱描述1D1荷載變形曲線上第一點的變形值2F1荷載變形曲線上第一點的荷載值3D2荷載變形曲線上第二點的變形值4F2荷載變形曲線上第二點的荷載值5, . 40D3,F3,等可繼續輸入曲線上最大可達20 個點的變形和荷載值COMBIN39單元的輸出數據此單元可輸出的解包含以下兩個方面：l 總體節點解中該單元組成節點對應自由度的結果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的節點位移和節點力才可以輸出。對于軸對稱分析，單元力將在整個360范圍內表出。單元的輸出值STRETCH 表示最后一個荷載子步的相對變形(例如UX(J)-UX(I)-UORIG 等等)。STAT 和OLDST 指的是當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應線段的段號。STAT=0 或OLDST=0 則表明在進行非保守性卸載（KEYOPT（1） =1）。若狀態標志為99 或-99，說明當前荷載變形曲線活動的載荷點已經超出了原給定點的范圍。超出最后一點后，斜率簡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”項給出了所有單元解輸出的通用性描述。可參考“ANSYS 基本分析指南”中查看結果的方法。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，列中的具體數值則表示在滿足特定條件時才可輸出，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目OREL單元號YYNODES單元節點號 (I 和 J)YYXC, YC, ZC當前結果報告點的位置坐標，Y4UORIG反向加載后的原點漂移11FORCE單元力YYSTRETCH節點的相對位移（包含原點漂移）YYSTAT本時間步結束時的狀態標志22OLDST類似于STAT，本時間步開始時的狀態標志22UII 節點的位移YYUJJ 節點的位移YYCRUSH屈曲后使用的荷載變形曲線的狀態標志3- SLOPE當前曲線段的斜率Y- 1. 若KEYOPT(1)=1。2. 如果狀態標志STAT 為：0表示非保守性卸載；1-20-最后一時間步所處曲線段的段號；99-已超出了最后一段曲線（按最后一段外插取值）（負的STAT 表明在壓區）。3. 若KEYOPT(2)2 且CRUSH 為：0-表示受拉時使用原定義的拉伸曲線1-表示受拉時使用原定義壓區曲線在拉區的鏡像（此單元之前曾經受壓）4. 僅在質心處才可利用*GET 命令得到此項。“COMBIN39 項目和序號表”中列出了在后處理中可通過ETABLE 命令加參數及數字序號的方法定義可列表察看的有關變量的細則。詳見ANSYS 基本分析指南中有關“通用后處理 (POST1)”和“項目和序號表”部分。下面是表格的一些使用說明：Name （名稱）指在“LINK1 單元輸出數據說明表”中的有關變量。Item（項目）命令ETABLE 中使用的參數。E 單元數據為常數或單值時對應的序號。表39-3 COMNBIN39 單元項目和序號表輸出變量名ETABLE 和 ESOL 命令輸入項ItemEFORCESMISC1STRETCHNMISC1UINMISC2UJNMISC3UORIGNMISC4STATNMISC5OLDSTNMISC6COMBIN39單元的假定及其使用限制l 如果設置了KEYOPT(4) = 0， 則此單元每個節點僅有一個自由度；該自由度可由KEYOPT(3)給定。這種自由度是在節點坐標系中定義的，對兩個節點完全相同（可參照“須在節點坐標系中操作的單元”）。l 此單元的行為僅相當于是單維的。節點I 和J 可以處在空間的任何位置（當然也可選擇讓二節點重合）l 在此單元中，節點J 相對于節點I 的正位移表明單元有受拉的趨勢。l 如果設定KEYOPT(4) 0，那么此單元的每個節點有兩個或者三個自由度。此時單元的兩個節點位置不可重合，因為單元力的方向要由兩節點的連線來定義。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動力分析中才能有非線性行為l 同大多數非線性單元一樣，此單元必須逐步加載和卸載。l 當單元和荷載均非保守時，必須嚴格按照實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該單元的實常數。l 只要該單元上的受力一改變符號，程序就會重設UORIG 值（原點漂移）， 即等效于將荷載變形曲線移至這一荷載變號點處。如果設置了KEYOPT(2)