弹簧单元具有两种基本形式。经典弹簧连接模型上的两个节点。弹簧可以是轴向或转动弹簧。对于轴向弹簧，弹簧刚度 k 将应用于弹簧单元。弹簧变形的距离为 x。此距离取决于弹簧单元上的轴向力 F 和弹簧刚度。弹簧变形的距离可通过方程 x=F/k 计算。对于转动弹簧，扭转刚度 k t 将应用于弹簧单元。弹簧转动的角度为 ϑ。此角度取决于施加到弹簧的力矩 M 和扭转刚度。弹簧转动的角度可以通过表达式 M/k t 计算。
自由度弹簧会连接与其相连的各节点的单个自由度。此弹簧的刚度值与所述的经典弹簧值相同。
何时使用弹簧单元
- 两个部件通过具有已知弹簧刚度值的弹簧连接。
- 两个部件通过仅传递轴向力的部件连接。此部件的弹簧刚度可以通过 AE/L 计算，其中 A 是横截面面积，E 是弹性模量，L 是长度。
弹簧单元参数：
使用弹簧单元时，请先在“单元定义”对话框中“通用”选项卡的“弹簧类型”部分选择该部件的弹簧类型。“弹簧”类型适用于大多数应用。若要传递各节点处不同自由度的载荷，请选择“自由度弹簧”类型。接下来，请在“弹簧刚度”字段中指定弹簧刚度。
如果选择“弹簧”单选按钮，请在“单元类型”部分中指定是否要阻止弹簧平动或转动。如果选择“自由度弹簧”，请在“I 节点”和“J 节点”部分中指定在 I 节点和 J 节点处要应用的刚度自由度。
显示弹簧刚度单位后，将根据“显示单位”转换输入。如果“自由度弹簧”在各节点处使用不同的自由度，则很难预想连接平动和转动的物理意义。因此，将不会显示弹簧刚度的单位，且不会执行转换。（从数学角度来说，混合弹簧两端的自由度将得出结果 i = 结果 j = 刚度*(U I -U j )，其中 U i 和 U j 是弹簧两端的平动和转动，“结果”是弹簧两端的力和力矩。
“可见性”“对象可见性”“单元轴 1”命令显示弹簧单元的方向。轴 1 指向从 I 节点到 J 节点的方向。如果必须为某些单元反转轴 1，请选择这些单元（“选择”“选择”“直线”），单击鼠标右键，然后选择“转换 I 和 J 节点”。 在“结果”环境中可视化弹簧单元
弹簧单元可以在“结果”环境中显示为直线或实际弹簧。若要渲染弹簧，请在“单元定义”对话框的“可视化”选项卡中激活“可视化为弹簧”复选框。然后，可以指定弹簧的尺寸。如果“开始长度”字段和“结束长度”字段中的值与“线圈数”和“钢丝直径”字段中的值之积的总和大于弹簧单元的长度，则不会在“结果”环境中绘制弹簧。“线圈直径”字段中的值是指弹簧沿钢丝中心线的直径。“开始长度”字段和 “起点连接类型”下拉菜单是指弹簧单元的 I 节点端。“结束长度”字段和“终点连接类型”下拉菜单是指弹簧单元的 J 节点端。
指定弹簧任一端的连接时，请定义方向点。在 X、Y 和 Z 字段中输入的坐标用于指定连接所在的平面。垂直于通过此点的弹簧单元创建一个矢量。连接位于垂直于此矢量的平面。如果此坐标沿着单元的线，则不会在“结果”环境中绘制弹簧。
使用弹簧单元
- 确保已定义单位制。
- 确保模型使用结构分析类型。
- 对于要成为弹簧单元的部件上，在其“单元类型”标题上单击鼠标右键。
- 选择“弹簧”命令。
- 在“单元定义”标题上单击鼠标右键。
- 选择“编辑单元定义”命令。
- 在“弹簧类型”部分中选择弹簧类型。
- 如果在“弹簧类型”部分中选中“弹簧”单选按钮，请在“单元类型”部分中指定此弹簧是轴向弹簧还是转动弹簧。
- 如果在“弹簧类型”部分中选中“自由度弹簧”单选按钮，请在“I 节点”和“J 节点”部分中为 i 节点和 j 节点选择自由度。
- 在“弹簧刚度”字段中指定弹簧的刚度。
- 转至“可视化”选项卡。
- 激活“可视化为弹簧”复选框。
- 定义弹簧的尺寸。
- 按“确定”按钮。