通用有限元程序ANSYS及应用

LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYSLECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS31 March 2006L6-1硕士研究生学位课程讲义（硕士研究生学位课程讲义（2006）通用有限元程序通用有限元程序ANSYS及及应用应用(六六)主主 讲：讲：钱钱 江江 二二OOOO六年三月三十一日六年三月三十一日LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYSLECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS31 March 2006L6-2硕士研究生学位课程讲义（硕士研究生学位课程讲义（2006）第六讲第六讲 内容提要内容提要6.6.基本的加载及求解过程基本的加载及求解过程 6.1 6.1 荷载概述荷载概述 6.2 6.2 荷载施加及修改荷载施加及修改 6.3 6.3 荷载步及时间选项荷载步及时间选项 6.4 6.4 求解器选择及求解求解器选择及求解 6.5 6.5 多步求解及重启动多步求解及重启动7.7.数据后处理数据后处理 7.1 7.1 创建列表及计算结果的列表输出创建列表及计算结果的列表输出 7.2 7.2 计算结果的图形显示计算结果的图形显示 7.3 7.3 时间历程的图形显示时间历程的图形显示 7.4 7.4 组合工况的结果输出组合工况的结果输出 7.5 7.5 动画显示动画显示LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYSLECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS31 March 2006L6-3硕士研究生学位课程讲义（硕士研究生学位课程讲义（2005）第六讲第六讲 内容提要（续）内容提要（续）8.8.结构分析常用单元性能简介结构分析常用单元性能简介 8.1 8.1 空间杆、梁单元空间杆、梁单元 8.2 8.2 平面单元平面单元 8.3 8.3 板壳单元板壳单元 8.4 8.4 实体单元实体单元 8.5 8.5 钢筋混凝土单元钢筋混凝土单元LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYSLECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS31 March 2006L6-4硕士研究生学位课程讲义（硕士研究生学位课程讲义（2005）6.6.基本的加载及求解过程基本的加载及求解过程 6.1 6.1 荷载概述荷载概述 6.2 6.2 荷载施加及修改荷载施加及修改 6.3 6.3 荷载步及时间选项荷载步及时间选项 6.4 6.4 求解器选择及求解求解器选择及求解 6.5 6.5 多步求解及重启动多步求解及重启动LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYSLECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS31 March 2006L6-56.1 6.1 荷载概述荷载概述ANSYS中的载荷可分为中的载荷可分为:q 自由度自由度DOFDOF 定义节点的自由度（定义节点的自由度（DOF DOF）值值(结构分析结构分析_ _位移位移)q 集中载荷集中载荷 点载荷点载荷(结构分析结构分析_ _力力)q 面载荷面载荷 作用在表面的分布载荷作用在表面的分布载荷(结构分析结构分析_ _压力压力)q 体积载荷体积载荷 作用在体积或场域内作用在体积或场域内(热分析热分析_ _体积膨胀体积膨胀)q 惯性载荷惯性载荷 结构质量或惯性引起的载荷结构质量或惯性引起的载荷(重力、角速度等重力、角速度等)载荷分类载荷分类LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYSLECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS31 March 2006L6-66.2 6.2 荷载施加及修改荷载施加及修改可在实体模型或可在实体模型或 FEA 模型模型(节点和单元节点和单元)上加载上加载.在关键点处在关键点处约束约束实体模型实体模型沿线均布的压力沿线均布的压力在关键点加集中力在关键点加集中力在节点处约在节点处约束束FEA 模型模型沿单元边界均布的压力沿单元边界均布的压力在节点加集中力在节点加集中力LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYSLECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS31 March 2006L6-76.2 6.2 荷载施加及修改荷载施加及修改(续续1)1)+几何模型加载几何模型加载独立于有限元网格独立于有限元网格。重新划分网格或局部网格修改不。重新划分网格或局部网格修改不影响载荷。影响载荷。+加载的操作加载的操作更加容易更加容易，尤其是在图形中直接拾取时。，尤其是在图形中直接拾取时。直接在实体模型加载的优点直接在实体模型加载的优点:LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYSLECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS31 March 2006L6-86.2 6.2 荷载施加及修改荷载施加及修改(续续2)2)无论采取何种加载方式，无论采取何种加载方式，ANSYS求解前都将载荷转化到有限元模型。求解前都将载荷转化到有限元模型。因此，加载到实体的载荷将因此，加载到实体的载荷将自动转化到自动转化到 其所属的节点或单元上。其所属的节点或单元上。实体模型实体模型加载到实加载到实体的载荷体的载荷自动转化自动转化到其所属到其所属的节点或的节点或单元上单元上FEA 模型模型沿线均布的压力沿线均布的压力 均布压力转化到以线为边界均布压力转化到以线为边界的各单元上的各单元上LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYSLECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS31 March 2006L6-96.2 6.2 荷载施加及修改荷载施加及修改(续续3)3)实体模型加载实体模型加载:Main Menu:Solution -Define Loads -Apply -Structural LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYSLECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS31 March 2006L6-106.2 6.2 荷载施加及修改荷载施加及修改(续续4)4)在关键点施加位移约束在关键点施加位移约束:Main Menu:Solution -Define Loads -Apply -Structural -Displacement On Keypoints Expand Expand 功能可使相同的载荷加在位于两关键点连线的所有节点上功能可使相同的载荷加在位于两关键点连线的所有节点上例例要固定一边，只要固定一边，只要拾取关键点要拾取关键点1、2,并设置并设置all DOFs=0 和和 KEXPND=yes.K1K2类似地，可以在线和面上施加位移约束，但类似地，可以在线和面上施加位移约束，但没有没有 Expand Expand 功能选项。功能选项。LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYSLECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS31 March 2006L6-116.2 6.2 荷载施加及修改荷载施加及修改(续续5)5)加载面力载荷：加载面力载荷：Main Menu:Solution -Define Loads -Apply -Structural -Pressure On Lines仅输入一个数值即为仅输入一个数值即为均布压力均布压力注意：注意：压力数值为正表示其方向压力数值为正表示其方向 指向作用面指向作用面输入两个数值则定义输入两个数值则定义线布压力线布压力LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYSLECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS31 March 2006L6-126.2 6.2 荷载施加及修改荷载施加及修改(续续4)4)500JL3500 I1000JL3500 IL31000 I500J线布压力线布压力载荷沿起始载荷沿起始关键点关键点(I)线性线性变化到第二个关键点变化到第二个关键点(J)。如果加载后坡度的方向相反如果加载后坡度的方向相反,将两将两个压力数值对调即可个压力数值对调即可。VAL I=500VAL I=500VAL J=1000VAL I=1000VAL J=500加载面力载荷（续）：加载面力载荷（续）：LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYSLECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS31 March 2006L6-136.2 6.2 荷载施加及修改荷载施加及修改(续续5)5)通过通过 plotting 画出载荷画出载荷:Utility Menu:PlotCtrls Symbols.实体模型载荷显示在几何模型上实体模型载荷显示在几何模型上(体体、面面、线或关键点线或关键点)有限元模型载荷在画节点或单元有限元模型载荷在画节点或单元时显示时显示或通过或通过 listing列表载荷列表载荷:Utility Menu:List LoadsLECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYSLECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS31 March 2006L6-146.2 6.2 荷载施加及修改荷载施加及修改(续续6)6)注意注意:在实体模型上施加的载荷，只有到求解初始在实体模型上施加的载荷，只有到求解初始 化时，才会被自动转化到有限元模型中的节化时，才会被自动转化到有限元模型中的节 点和单元上。点和单元上。但也可以不进行求解，通过执行以下操作将实体模但也可以不进行求解，通过执行以下操作将实体模型上的载荷转化到有限元节点和单元上型上的载荷转化到有限元节点和单元上:Main Menu:Solution -Define Loads -Operate -Transfer to FE LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYSLECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS31 March 2006L6-156.2 6.2 荷载施加及修改荷载施加及修改(续续7)7)删除载荷删除载荷Main Menu:Solution -Define Loads -DeleteAll Load Data 选项可同时删除模型中的任选项可同时删除模型中的任一类载荷。一类载荷。Structural 下单列的各选项则只删除模型选下单列的各选项则只删除模型选定的载荷。定的载荷。当实体模型被删除时当实体模型被删除时,ANSYS ANSYS 将自动删除其将自动删除其上所有的载荷。上所有的载荷。但在但在删除由删除由两关键点扩展形成的位移约束时两关键点扩展形成的位移约束时例外！例外！此时程序此时程序只删除两只删除两关键点关键点上的约束，上的约束，而加载时扩展形成的中间节点的约束必须用而加载时扩展形成的中间节点的约束必须用手工删除。手工删除。LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYSLECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS31 March 2006L6-166.3 6.3 荷载步及时间选项荷载步及时间选项一个载荷步是指边界条件和载荷选项的一次设置，用户可对此进一个载荷步是指边界条件和载荷选项的一次设置，用户可对此进行一次或多次求解。行一次或多次求解。一个分析过程可以包括：一个分析过程可以包括：单一载荷步（常常这是足够的）单一载荷步（常常这是足够的）多重载荷步多重载荷步有三种方法可以用来定义并求解多载荷步有三种方法可以用来定义并求解多载荷步 多次求解方法多次求解方法 载荷步文件方法载荷步文件方法 向量参数方法向量参数方法6.3 6.3 荷载步及时间选项荷载步及时间选项LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYSLECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS31 March 2006L6-17多次求解方法多次求解方法它是三种方法中最易理解的方法它是三种方法中最易理解的方法缺点：用户必须等到每一次求解完成后才能定义下一次载荷步（除缺点：用户必须等到每一次求解完成后才能定义下一次载荷步（除非使用批处理方法）非使用批处理方法）注意：只有在不离开求解过程时，此方法才有效。否则，必须指示注意：只有在不离开求解过程时，此方法才有效。否则，必须指示程序进行重启动程序进行重启动为了使用多次求解方法为了使用多次求解方法：定义第一个载荷步并存盘定义第一个载荷步并存盘 进行求解进行求解 不要退出求解器，按需要为第二次求解改变载荷步并存盘不要退出求解器，按需要为第二次求解改变载荷步并存盘 进行求解进行求解 不要退出求解器，继续进行步骤不要退出求解器，继续进行步骤3 3和步骤和步骤4 4直到所有的载荷步完成直到所有的载荷步完成 进行后处理进行后处理6.3 6.3 荷载步及时间选项荷载步及时间选项(续续1)1)LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYSLECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS31 March 2006L6-18 载荷步文件方法载荷步文件方法当用户想离开计算机时，使用此方法求解多重载荷步是很方便的当用户想离开计算机时，使用此方法求解多重载荷步是很方便的程序将每个载荷步写到一个载荷步文件，此文件名为程序将每个载荷步写到一个载荷步文件，此文件名为jobname.sxxjobname.sxx（sxxsxx为载荷步为载荷步号），然后使用一条命令，读进每个载荷步文件并开始求解号），然后使用一条命令，读进每个载荷步文件并开始求解 为了使用载荷步文件方法为了使用载荷步文件方法：1.1.定义第一个载荷步定义第一个载荷步 2.2.写荷载步文件：写荷载步文件：Main Menu:Solution Load Step Opts Write LS File()()3.3.为了进行第二次求解按需要改变载荷条件为了进行第二次求解按需要改变载荷条件 4.4.写到第二个文件写到第二个文件 5.5.利用载荷步文件进行求解利用载荷步文件进行求解 Main Menu:Solution -Solve-From LS Files()6.3 6.3 荷载步及时间选项荷载步及时间选项(续续2)2)LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYSLECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS31 March 2006L6-19使用向量参数方法使用向量参数方法主要用于瞬态和非线性稳静态分析。主要用于瞬态和非线性稳静态分析。使用向量参数和循环语句来定义一个载荷随时间变化的表使用向量参数和循环语句来定义一个载荷随时间变化的表 *DO,FYVAL,1,10,1 *DIM,LOADVALS,5 F,1,FY,FYVAL LOADVALS(1)=1,2,3,5,7 SOLVE *DO,II,1,5,1 *ENDDO F,1,FY,LOADVALS(II)SOLVE *ENDDO6.3 6.3 荷载步及时间选项荷载步及时间选项LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYSLECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS31 March 2006L6-206.4 6.4 求解器选择及求解求解器选择及求解 的功能是求解关于结构自由度的联立线性方程组的功能是求解关于结构自由度的联立线性方程组-这个这个过程可能需要花费几分钟过程可能需要花费几分钟(1,000个自由度个自由度)到几个小时或者几天到几个小时或者几天(100,000-1,000,000 自由度自由度)，基本上取决于你所用计算机的，基本上取决于你所用计算机的速度。对于简单分析，可能需要一、两次求解。对于复杂的瞬速度。对于简单分析，可能需要一、两次求解。对于复杂的瞬态或非线性分析，可能需要进行几十次、几百次、或者甚至几态或非线性分析，可能需要进行几十次、几百次、或者甚至几千次求解。千次求解。ANSYS提供了三个求解器用于一般求解：提供了三个求解器用于一般求解：（Frontal solver）和和（PCG solver）（预条件预条件共共扼梯度扼梯度,或者或者“Power求解器求解器”）。）。（Sparse solver）也可以使用，主要用于非线性问题。也可以使用，主要用于非线性问题。LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYSLECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS31 March 2006L6-216.4 6.4 求解器选择及求解（续求解器选择及求解（续1 1）波前求解器经常发出波前求解器经常发出“主对角值主对角值”或或“主元主元”为小或负的警告为小或负的警告或错误信息，指出求解发生奇异。任何一条信息都指出某个特或错误信息，指出求解发生奇异。任何一条信息都指出某个特定的自由度从你的约束中忽略掉。定的自由度从你的约束中忽略掉。Power求解器不检验求解的奇异问题。存在奇异的情况下，它求解器不检验求解的奇异问题。存在奇异的情况下，它仍可以计算求解，或者结果不收敛，但仍然进行所有的仍可以计算求解，或者结果不收敛，但仍然进行所有的PCG迭迭代计算，并输出错误信息。代计算，并输出错误信息。LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYSLECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS31 March 2006L6-226.4 6.4 求解器选择及求解（续求解器选择及求解（续2 2）在求解初始化前，应进行分析数据检查，包括下面内容在求解初始化前，应进行分析数据检查，包括下面内容:统一的单位统一的单位单元类型和选项单元类型和选项材料性质参数材料性质参数 考虑惯性时应输入材料密度考虑惯性时应输入材料密度 热应力分析时应输入材料的热膨胀系数热应力分析时应输入材料的热膨胀系数实常数实常数(单元特性单元特性)单元实常数和材料类型的设置单元实常数和材料类型的设置实体模型的质量特性实体模型的质量特性(Preprocessor Operate Calc Geom Items)模型中不应存在的缝隙模型中不应存在的缝隙壳单元的法向壳单元的法向节点坐标系节点坐标系集中、体积载荷集中、体积载荷面力方向面力方向LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYSLECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS31 March 2006L6-236.4 6.4 求解器选择及求解（续求解器选择及求解（续3 3）没有获得结果的原因是什么没有获得结果的原因是什么?往往是求解输入的模型不完整或往往是求解输入的模型不完整或存在错误，典型原因有存在错误，典型原因有:(通常出现的问题通常出现的问题)。当模型中有当模型中有(如缝隙如缝隙 gaps、滑块滑块sliders、铰铰hinges、索索cables等），等），。材料性质参数有负值材料性质参数有负值,如密度或瞬态热分析时的比热值。如密度或瞬态热分析时的比热值。，如两个水平运动的梁单元在竖直方向没有约如两个水平运动的梁单元在竖直方向没有约束。束。-当应力刚化效应为负（压）时，在载荷作用下整个结构刚当应力刚化效应为负（压）时，在载荷作用下整个结构刚度弱化。如果刚度减小到零或更小时，求解存在奇异性，因为度弱化。如果刚度减小到零或更小时，求解存在奇异性，因为整个结构已发生屈曲。整个结构已发生屈曲。LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYSLECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS31 March 2006L6-246.5 6.5 多步求解及重启动多步求解及重启动6.5 6.5 荷载步及时间选项荷载步及时间选项LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYSLECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS31 March 2006L6-25硕士研究生学位课程讲义（硕士研究生学位课程讲义（2006）7.7.数据后处理数据后处理 7.1 7.1 创建列表及计算结果的列表输出创建列表及计算结果的列表输出 7.2 7.2 计算结果的图形显示计算结果的图形显示 7.3 7.3 时间历程的图形显示时间历程的图形显示 7.4 7.4 组合工况的结果输出组合工况的结果输出 7.5 7.5 动画显示动画显示LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYSLECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS31 March 2006L6-267.7.数据后处理数据后处理ANSYS ANSYS 有两个后处理器有两个后处理器:(即即“POST1”)只能观看整个模型在某一时刻的结果。只能观看整个模型在某一时刻的结果。可观看模型在不同时间的结果。可观看模型在不同时间的结果。但此后处理器只能用于但此后处理器只能用于处理瞬态和处理瞬态和/或动力分析结果。或动力分析结果。LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYSLECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS31 March 2006L6-27通用后处理模块（通用后处理模块（/POST7）在进入通用后处理阶段后，想画出分析的结果，选择：Plot Results.想用列表的形式列出分析的结果，选择：List Results.想要查询某些结点或者单元处的应力值以及其它分析选项，选择：Query Results.7.1 7.1 创建列表及计算结果的列表输出创建列表及计算结果的列表输出LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYSLECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS31 March 2006L6-287.1 7.1 创建列表及计算结果的列表输出创建列表及计算结果的列表输出7.1 7.1 结果列表中的分页控制结果列表中的分页控制分页控制命令：分页控制命令：/PAGEPAGE/PAGE,/PAGE,ILINEILINE,ICHARICHAR,BLINEBLINE,BCHARBCHAR 示例：示例：/PAGE,10000/PAGE,10000 !每页显示每页显示1000010000行行每页显示的行数每页显示的行数LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYSLECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS31 March 2006L6-297.4 7.4 组合工况的结果输出组合工况的结果输出ANSYS ANSYS 中荷载组的定义及荷载组数据间的运算中荷载组的定义及荷载组数据间的运算定义定义荷载组：荷载组：LCDEF,1,1,1LCDEF,1,1,1 !指定第指定第1 1荷载步第荷载步第1 1子步为子步为荷载组荷载组1 1LCDEF,2,2,1LCDEF,2,2,1 !指定第指定第2 2荷载步第荷载步第1 1子步为子步为荷载组荷载组2 2LCDEF,3,3,1LCDEF,3,3,1 !指定第指定第3 3荷载步第荷载步第1 1子步为子步为荷载组荷载组3 3荷载组数据操作：荷载组数据操作：!指定第指定第1 1荷载组荷载组缩放因子缩放因子为为 !指定第指定第2 2荷载组荷载组缩放因子缩放因子为为 !指定第指定第3 3荷载组荷载组缩放因子缩放因子为为LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYSLECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS31 March 2006L6-307.4 7.4 组合工况的结果输出（续）组合工况的结果输出（续）ANSYS ANSYS 中荷载组的定义及荷载组数据间的运算中荷载组的定义及荷载组数据间的运算组合工况运算：组合工况运算：LCASE,1 LCASE,1 !将将荷载组荷载组1 1结果读入至当前数据库结果读入至当前数据库LCOPER,ADD,2 LCOPER,ADD,2 !当前数据库结果当前数据库结果 荷载组荷载组2 2的数据的数据LCOPER,ADD,3 LCOPER,ADD,3 !当前数据库结果当前数据库结果 荷载组荷载组3 3的数据的数据 上述操作的最终结果：上述操作的最终结果：组合结果组合结果 1.2 1.2*荷载荷载1 1+2.02.0*荷载荷载2 2+0.30.3*荷载荷载3 3 LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYSLECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS31 March 2006L6-31硕士研究生学位课程讲义（硕士研究生学位课程讲义（2006）8.8.结构分析常用单元性能简介结构分析常用单元性能简介 8.1 8.1 空间杆、梁单元空间杆、梁单元 8.2 8.2 平面单元平面单元 8.3 8.3 板壳单元板壳单元 8.4 8.4 实体单元实体单元 8.5 8.5 钢筋混凝土单元钢筋混凝土单元 LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYSLECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS31 March 2006L6-328.8.结构分析常用单元性能简介结构分析常用单元性能简介在单元手册在单元手册(资料或在线帮助资料或在线帮助)中，中，ANSYSANSYS单元库有单元库有100100多种单元类型，其多种单元类型，其中许多单元具有好几种可选择特性来胜任不同的功能。有限元建模的工中许多单元具有好几种可选择特性来胜任不同的功能。有限元建模的工作之一就是将单元的选择范围缩小到少数几个单元上。作之一就是将单元的选择范围缩小到少数几个单元上。单元种类单元种类具体单元名称具体单元名称单元图示单元图示ANSYS 单元名称单元名称单元特性单元特性(类别类别,编号编号)LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYSLECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS31 March 2006L6-338.8.结构分析常用单元性能简介（续结构分析常用单元性能简介（续1 1）常用单元的形状常用单元的形状.点点(质量质量)面面(薄壳薄壳,二维实体二维实体,轴对称实体轴对称实体)线性线性二次二次.线线(弹簧，梁，杆，间隙弹簧，梁，杆，间隙)体体(三维实体三维实体)线性线性二次二次.LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYSLECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS31 March 2006L6-34在结构分析中，结构的应力状态决定单元类型的选择。在结构分析中，结构的应力状态决定单元类型的选择。选择维数最低的单元去获得预期的结果选择维数最低的单元去获得预期的结果(尽量做到能选择点尽量做到能选择点而不选择线而不选择线，能选择线而不选择平面，能选择平面而不选择能选择线而不选择平面，能选择平面而不选择壳，能选择壳而不选择三维实体壳，能选择壳而不选择三维实体).对于复杂结构，应当考虑建立两个或者更多的不同复杂程度对于复杂结构，应当考虑建立两个或者更多的不同复杂程度的模型。你可以建立简单模型，对结构承载状态或采用不同的模型。你可以建立简单模型，对结构承载状态或采用不同分析选项作实验性探讨。分析选项作实验性探讨。8.8.结构分析常用单元性能简介（续结构分析常用单元性能简介（续2 2）选择单元的基本准则选择单元的基本准则LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYSLECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS31 March 2006L6-35 线单元线单元:Beam(梁梁)单元是用于螺栓单元是用于螺栓(杆杆)，薄壁管件，薄壁管件，C形截面构形截面构件，角钢或者狭长薄膜构件件，角钢或者狭长薄膜构件(只有膜应力和弯应力的情只有膜应力和弯应力的情况况)等模型。等模型。Spar(杆杆)单元是用于弹簧，单元是用于弹簧，螺杆，预应力螺杆和薄膜桁螺杆，预应力螺杆和薄膜桁架等模型架等模型。Spring 单元是用于弹簧，单元是用于弹簧，螺杆，或细长构件，或螺杆，或细长构件，或 通通过刚度等效替代复杂结构等过刚度等效替代复杂结构等模型模型。主要单元类型举例主要单元类型举例18.1 8.1 空间杆、梁单元空间杆、梁单元LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYSLECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS31 March 2006L6-36 X-Y 平面单元平面单元:单元定义在整体笛卡尔单元定义在整体笛卡尔X-Y平面内（有限元模型必须建平面内（有限元模型必须建在此面内），分在此面内），分平面应力、平面应变或轴对称几种受力平面应力、平面应变或轴对称几种受力状态。状态。平面应力或应变平面应力或应变:OKNJMPLIIJK,L,OPNMTriangular OptionY(or Axial)X(or Radial)主要单元类型举例主要单元类型举例2-18.2 8.2 平面平面单元单元LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYSLECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS31 March 2006L6-37 平面应力平面应力 假定在假定在Z方向上的应力为方向上的应力为零，主要有以下特点：零，主要有以下特点：当当Z方向上的几何尺寸远远小于方向上的几何尺寸远远小于X和和Y方向方向上的尺寸才有效。上的尺寸才有效。所有的载荷均作用在所有的载荷均作用在XY平面内平面内。在在Z方向上存在应变。方向上存在应变。运动只在运动只在XY平面内发生。平面内发生。允许具有任意厚度允许具有任意厚度(Z方向上方向上)。平面应力平面应力 分析是用来分析诸如分析是用来分析诸如承受面内载荷的平板、承受压承受面内载荷的平板、承受压力或远离中心载荷的薄圆盘等力或远离中心载荷的薄圆盘等结构。结构。主要单元类型举例主要单元类型举例2-28.2 8.2 平面平面单元（续单元（续1 1）LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYSLECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS31 March 2006L6-38 平面应变平面应变 假定在假定在Z方向的应变为零，方向的应变为零，主要具有以下特点：主要具有以下特点：当当Z方向上的几何尺寸远远大于方向上的几何尺寸远远大于X和和Y方向方向上的尺寸才有效。上的尺寸才有效。所有的载荷均作用在所有的载荷均作用在XY平面内。平面内。在在Z方向上存在应力。方向上存在应力。运动只在运动只在XY平面内发生。平面内发生。平面应变分析是用于分析那种一个平面应变分析是用于分析那种一个方向的尺寸（指定为总体方向的尺寸（指定为总体Z方向）方向）远远大于其它两个方向的尺寸，并远远大于其它两个方向的尺寸，并且垂直于且垂直于Z轴的横截面是不变的。轴的横截面是不变的。主要单元类型举例主要单元类型举例2-38.2 8.2 平面平面单元（续单元（续2 2）LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYSLECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS31 March 2006L6-39 轴对称轴对称 假定三维实体模型是由假定三维实体模型是由XY面内面内的横截面绕的横截面绕Y轴旋转轴旋转360o 形成的（管，形成的（管，锥体，圆板锥体，圆板,圆顶盖，圆盘等）。圆顶盖，圆盘等）。对称轴必须和整体对称轴必须和整体 Y 轴重合。轴重合。不允许有负不允许有负 X 坐标。坐标。Y 方向是轴向，方向是轴向，X方向是径向，方向是径向，Z方方向是周向向是周向(hoop)。周向位移是零；周向应变和应力十周向位移是零；周向应变和应力十分明显。分明显。只能承受轴向载荷（所有载荷）。只能承受轴向载荷（所有载荷）。Hoop主要单元类型举例主要单元类型举例2-48.2 8.2 平面平面单元（续单元（续3 3）LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYSLECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS31 March 2006L6-40 壳单元壳单元:Shell (壳壳)单元用于薄面板或曲面模型。单元用于薄面板或曲面模型。壳单元分析应用的基本原则是每块面板的主尺壳单元分析应用的基本原则是每块面板的主尺寸不低于其厚度的寸不低于其厚度的 510 倍。倍。主要单元类型举例主要单元类型举例38.3 8.3 板壳单元板壳单元LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYSLECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS31 March 2006L6-41 三维实体单元三维实体单元:用于那些由于几何、材用于那些由于几何、材料、载荷或分析结果要料、载荷或分析结果要求考虑的细节等原因造求考虑的细节等原因造成无法采用更简单单元成无法采用更简单单元进行建模的结构。进行建模的结构。四面体模型使用四面体模型使用CAD建建模往往比使用专业的模往往比使用专业的FEA分析建模更容易，分析建模更容易，也偶尔得到使用。也偶尔得到使用。KRLQOPMNJIXYZTetrahedron meshBrick mesh主要单元类型举例主要单元类型举例48.4 8.4 实体单元实体单元LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYSLECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS31 March 2006L6-42谢谢各位!硕士研究生学位课程讲义（硕士研究生学位课程讲义（2006）LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYSLECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS31 March 2006L6-43硕士研究生学位课程讲义（硕士研究生学位课程讲义（2006）