ビームタイプ13スプリング（/PROP/SPR_BEAM）

スプリングタイプ13は幾つかの独立変形モードを持つビーム要素のように機能します。

引張り / 圧縮
ねじり
曲げ（2モード）
せん断（2モード）

ビーム要素とは異なり、変位（または回転）と力（またはモーメント）の間の関係は形状（断面積、長さ、および慣性モーメント）と材料定数（ヤング率、せん断弾性係数）から計算されるのではありません。代わりに、これらは異なる剛性定式化を通してユーザー定義されます（詳しくは剛性定式化をご参照ください）。

スプリングタイプ13はその長さが0でない時だけ働きます。節点 1と2が局所X軸の定義に常に用いられます。局所 Y 軸は時刻 t=0 において定義され、それぞれのサイクルで平均の X 軸周りの回転を考慮して更新されます。初期のY 軸は複数の方法で定義できます。ビーム要素には第3節点を用いることができます。スキューフレームの局所Y軸を用いることも可能です。スキューフレームも第3節点も定義されていない場合、全体Y軸がスキューのY軸に取って代わります。Yスキュー軸が局所X軸と平行な場合、局所Y軸とZ軸は任意の位置に置かれます。そのZ-軸は最後に、X軸とY軸のベクトル積として計算されます。

ビームタイプスプリングの図を以下に示します（図 2）。

曲げ変形は図 3で説明されます。この変形は、2節点の回転の差のみを考慮します。ビームの二重曲げは曲げ変形を生成しますが、せん断変形は以下に示したようになります。

ビームタイプスプリングは、実際のビームのように振る舞い、長さ方向の曲げモーメントの変化はせん断の増加を生成します。スプリングのせん断力は曲げモーメントの変化を含んでいます。

注: スプリングのプロパティを定義する際は、物理的な意味のある値を導入することが強く推奨されます。高いせん断剛性と曲げ剛性ゼロのスプリングは推奨されず、間違った結果を生む可能性があります。

スプリングタイプ8と異なり、スプリングタイプ13では人工的な力およびモーメントを生成することなしに剛体回転が可能です。図 5では、剛体回転時のスプリングタイプ8および13の挙動を比較しています。

限界時間ステップの計算にはスプリングタイプ4と同じ式が用いられ、全ての自由度の最小値が最終的に保持されます。そのため、曲げとせん断の連成を考慮するため、曲げ剛性が修正されます：(1)

K_{y y} \approx K_{y y} + l^{2} K_{z}

(2)

K_{z z} \approx K_{z z} + l^{2} K_{y}

スプリングタイプ8と13では、符号の規則が同じではないため、両者の結果を比較する場合には混乱が生ずるかもしれません。スプリングタイプ13では、変形の符号は初期長さの変化に基づきます。

スプリングが引張りを受ける場合、その変形は常に正となります（図 6）。これはスプリングタイプ8では真とは限りません。スプリングは1つ（あるいは全て）の方向で0となる事ができるため、正と負のスプリング変形は初期長さの変化として定義できません。符号の規則としては全ての自由度に対し、節点2の変位（または回転）から節点1の変位（または回転）を引いた値が正の場合（負の場合も同様）、その変形は正（負の場合も同様）となります。

図 7 は、Radiossで適用されている符号規則の結果としての、スプリングタイプ8と13の差異を説明しています。

詳細については、Radioss Theory Manual内のBeam Type Spring Elements (TYPE13)をご参照ください。