弹簧单元具有两种基本形式。第一种是经典弹簧。此弹簧连接模型上的两个节点，并且可以为轴向或转动形式。对于轴向弹簧，弹簧刚度 k 将应用于弹簧单元。该弹簧将偏转距离 x。此距离将取决于弹簧单元中的轴向力 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。该弹簧将转动 ϑ 度。此角度将取决于应用到弹簧的力矩 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。
第二种弹簧单元形式为自由度弹簧。此弹簧将从与其相连的每个节点连接一个自由度。此弹簧具有如在经典弹簧中所述的刚度值。
弹簧单元参数
使用弹簧单元时，请先在“单元定义”对话框“常规”选项卡的“弹簧类型”部分中选择部件的弹簧类型。“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”单选按钮，请在“I 节点”和“J 节点”部分中指定要应用于 I 节点和 J 节点处的自由度。
显示弹簧刚度的单位之后，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。
使用“分析类型”下拉菜单，可设置预期的位移类型。“小位移”适用于未发生运动且应变较小的部件，并将忽略因大变形而产生的非线性几何效应。（它还会将“高级”选项卡上的“分析公式”设置为“仅材料非线性”。）“大位移”适用于发生运动和/或大应变的部件。
- 使用“视图”
“可见性”“对象可见性”“单元轴 1”命令，可以显示弹簧单元的方向。轴 1 指向从 I 节点到 J 节点的方向。如果需要反转某些单元的轴 1，则可通过选择单元（“选择”“选择”“直线”），单击鼠标右键，然后选择“转换 I 和 J 节点”来完成。 - 使用
“选项”“分析”选项卡，并设置“使用大位移作为非线性分析默认值”选项，控制“分析类型”是默认为小位移还是大位移。
高级弹簧单元参数
在“高级”选项卡的“分析公式”下拉框中，选择要用于弹簧单元的公式方法。如果选择“仅材料非线性”选项，则将考虑非线性材料模型效应，但是基于未变形几何体执行所有计算。“完全拉格朗日”选项中的所有静态变量和运动变量均参考模型的初始未变形配置。“更新拉格朗日”中的所有静态变量和运动变量均参考模型的最后计算配置。
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。若要呈现弹簧，必须在“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”字段值、“结束长度”字段值的总和以及“线圈数”字段与“钢丝直径”字段的乘积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”下拉框参考弹簧单元的“I 节点端”。“结束长度”字段和“终点连接类型”下拉框参考弹簧单元的“J 节点端”。
如果在弹簧的任一端指定连接，则必须定义定位点。在 X、Y 和 Z 字段中输入的坐标将用于指定连接所在的平面。将创建一个与穿过此点的弹簧单元垂直的矢量。连接将位于与此矢量垂直的平面中。如果此坐标是沿着单元线的，则不会在“结果”环境中绘制弹簧。
使用弹簧单元的基本步骤
- 确保已定义单位制。
- 确保模型使用非线性分析类型。
- 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”部分中选择“自由度弹簧”单选按钮，请在“I 节点”和“J 节点”部分中选择 i 节点和 j 节点的自由度。
- 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。