弹簧单元 — CAE术语解说

有时用来表现实际的弹簧，但更多的是用来「简化表现不想详细建模的部分的刚度」。例如用一根弹簧单元代替发动机支架橡胶衬套的刚度，或用分布弹簧来表现地基支撑刚度。用一根弹簧来代替螺栓连接部分也是常见做法。

线性弹簧是F = kx，但实际求解器中可以为平移方向（x, y, z）和旋转方向（rx, ry, rz）的6个自由度分别设置不同的刚度。此外还可以设置非线性弹簧（荷载-位移表格输入）和预紧弹簧。Nastran的CELAS元素和Abaqus的SPRING元素就是这样的。

弹簧刚度值的设置最为重要。过小会导致支撑失效和不稳定，过大会导致刚体连接，应力集中。另外忘记设置旋转自由度的弹簧会变成铰链连接。例如用弹簧表现螺栓连接时，不仅要设置轴向刚度，还要适当设置剪切方向和旋转方向，否则会与实际行为偏离。

弹簧单元的刚度k直接组建到整体刚度矩阵中。这是最简单的元素类型。

非常常见。例如用弹簧单元设置悬架弹簧刚度来计算车身的固有振动数，或用防振橡胶的刚度和阻尼（弹簧+阻尼器）来评估激励响应。在振动分析中，弹簧和阻尼器并联配置是基本模式。

连接器单元和阻尼器可以看作是弹簧单元的「同类」。

很好。另外有一个建议，用实验或手算估算的刚度值输入后，先用静力分析验证位移是否合理。弹簧单元虽然方便，但刚度值设置错误会导致整体行为发生偏差，要特别小心。