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。
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1E-7 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。
不同关键项设置的行为表现:
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X-Y 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 |
1 |
D1 |
荷载-变形曲线上第一点的变形值 |
2 |
F1 |
荷载-变形曲线上第一点的荷载值 |
3 |
D2 |
荷载-变形曲线上第二点的变形值 |
4 |
F2 |
荷载-变形曲线上第二点的荷载值 |
5, 。。. 40 |
D3,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.
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 |
O |
R |
EL |
单元号 |
Y |
Y |
NODES |
单元节点号 (I 和 J) |
Y |
Y |
XC, YC, ZC |
当前结果报告点的位置坐标, |
Y |
|
UORIG |
反向加载后的原点漂移 |
||
FORCE |
单元力 |
Y |
Y |
STRETCH |
节点的相对位移(包含原点漂移) |
Y |
Y |
STAT |
本时间步结束时的状态标志 |
2 |
|
OLDST |
类似于STAT,本时间步开始时的状态标志 |
||
UI |
I 节点的位移 |
Y |
Y |
UJ |
J 节点的位移 |
Y |
Y |
CRUSH |
屈曲后使用的荷载-变形曲线的状态标志 |
— |
|
SLOPE |
当前曲线段的斜率 |
Y |
– |
- 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)
- 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 |
||
Item |
E |
|
FORCE |
SMISC |
1 |
STRETCH |
NMISC |
1 |
UI |
NMISC |
2 |
UJ |
NMISC |
3 |
UORIG |
NMISC |
4 |
STAT |
NMISC |
5 |
OLDST |
NMISC |
6 |
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