资源描述
长沙理工大学,Changsha University of Science & Technology,水利工程学院,School of Hydraulic Engineering,ANSYS,单元类型详解,1,单元分类,2,单元介绍,3,单元类型的选择方法,1,单元分类,按形状分类,1,点单元：,MASS,2,线单元：,LINK,、,BEAM,、,COMBIN,3,面单元：,PLANE,、,SHELL,4,体单元：,SOLID,按单元阶次分类,1,线性单元：,对于结构分析问题，单元内的位移数值按线性变化，因而每个单元内的应力状态是保持不变的,2,二次单元：,对于结构分析问题，单元内的位移数值按二次函数变化，因而每个单元内的应力状态是线性变化的,3 P,单元：,对于结构分析问题，单元内的位移数值按二阶到八阶函数变化，而且具有求解收敛自动控制功能，自动确定各位置上应采用的函数阶数,单元阶次说明,单元阶次是指单元形函数的多项式阶次。,单元阶次直接影响到单元形函数的阶次，一般说来，形函数阶次越高，计算结果越精确；因而，同线性单元相比，采用高阶的单元类型可以得到相对较好的计算结果。,线性单元、二次单元和,P,单元的使用，需注意以下问题,：,单元阶次的选择需要在,计算精度和计算规模间,综合衡量；,对于模型中，有,曲边或曲面存在,时，通常推荐使用高阶单元，因为线性单元的严重扭曲变形可能引起计算精度下降，更高阶的单元对这种扭曲变形不敏感，此时使用高阶单元以获得较高的全面精度；,对于非线性问题，高阶单元并不比线性单元更有效；,单元阶次对求解的精度影响，相对平面单元和三维实体单元之间简化的差别来说，影响要小得多，因而使用,线性单元的场合比较多,。,2,单元介绍,1,点单元,其特点是几何形状为点状，可用以下单元模拟：,MASS,单元：主要用于动力学分析质量块结构的模拟,；,2,线单元,几何形状为,线性的结构,，可用以下单元进行模拟：,1,、,LINK,单元：用于桁架、螺栓、螺杆等连接件的模拟；,2,、,Beam,单元：用于梁、螺栓、螺杆、连接件等的模拟,3,、,Pipe,单元：用于管道、管件等结构的模拟；,4,、,Combin,单元：用于弹簧，细长构件等的模拟。,左边是LINK单元在桁架上的应用，右边是BEAM单元在梁上的应用,面单元,几何形状为,面型的结构，,可用于以下单元模拟,1.SHELL,单元,：主要用于薄板或曲面结构的模拟，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,10,倍,2,. PLANE,单元（平面单元）,：用于总体直角坐标系下,X-Y,平面内结构的平面应力、平面应变、轴对称问题,应用的一些注意事项,适用于,Z,方向上的几何尺寸远远小于,X,和,Y,方向上尺寸的情况（例如薄板）；,适用于,Z,方向上的几何尺寸远远大于,X,和,Y,方向上尺寸的情况（例如船闸）；,所有的载荷均作用在,XY,平面内；,仅允许,XY,平面内的运动；,体单元,几何形状为,体型的结构,，,可用以下单元模拟,1.SOLID,单元：,主要用于三维,实体,结构的模拟,实体单元的选择,实体单元类型比较多，实体单元也是实际工程中使用最多的单元类型。常用的实体单元类型有,solid45, solid92,solid185,solid187,这几种，一般将其分为两类。,solid45,solid185,可以归为第一类，他们都是,六面体单元,，都可以退化为四面体和棱柱体，单元的主要功能基本相同,(SOLID185,还可以用于不可压缩超弹性材料,),。,Solid92, solid187,可以归为第二类，他们都是带,中间节点,的,四面体单元,，单元的主要功能基本相同,。,3,单元类型的选择方法,单元类型选择概述,1,、,ANSYS,的单元库提供了,100,多种单元类型，单元类型选择的工作就是将单元的选择范围缩小到,少数几个单元,上；,2,、在选择单元时，首先应该遵循的原则是要能正确的计算模型，根据模型的,几何形状,选定单元的大类，如线状结构只能用“,LINK Beam Pipe,和,Combin,”这类单元去模拟；面状结构则只能用“,Plane,、,Shell,”这类单元去模拟；,3,、其次应当根据,分析问题的性质,选择单元类型，如确定为,2D,的,Beam,单元后，应当根据分析问题是弹性的还是塑性确定为“,Beam3,”或“,Beam4,”等,4,、在选择时，应当考虑到,模型精度,与,模型计算量,之间的取舍问题，例如高阶与线性之间的选择,4,一些常见问题,1.,该选杆单元（,Link,）还是梁单元,(Beam),这个比较容易理解。杆单元只能承受沿着杆件方向的拉力或者压力，,杆单元不能承受弯矩,，这是杆单元的基本特点。,梁单元则既可以承受拉，压，还可以承受弯矩。如果你的结构中要承受弯矩，肯定不能选杆单元。,对于梁单元，常用的有,beam3,beam4,beam188,这三种，他们的区别在于：,1)beam3,是,2D,的梁单元，只能解决,2,维的问题。,2)beam4,是,3D,的梁单元，可以解决,3,维的空间梁问题。,3)beam188,是,3D,梁单元，可以根据需要自定义梁的截面形状。,2.,对于薄壁结构，是选实体单元还是壳单元？,对于薄壁结构，最好是选用,shell,单元，,shell,单元可以减少计算量，如果选实体单元，薄壁结构承受弯矩的时候，如果在厚度方向的单元层数太少，有时候计算结果误差比较大，反而不如,shell,单元计算准确。,实际工程中常用的,shell,单元有,shell63,shell93,。,shell63,是四节点的,shell,单元,(,可以退化为三角形,),，,shell93,是带中间节点的四边形,shell,单元,(,可以退化为三角形,),shell93,单元由于带有中间节点，计算精度比,shell63,更高，但是由于节点数目比,shell63,多，计算量会增大。对于一般的问题，选用,shell63,就足够了。,3.,实体单元的选择,如果所分析的结构比较简单，可以很方便的全部划分为,六面体单元,，或者绝大部分是六面体，只含有少量四面体和棱柱体，此时，应该选用第一类单元，也就是选用六面体单元；如果所分析的结构比较复杂，难以划分出六面体，应该选用第二类单元，也就是带中间节点的四面体单元。,六面体单元和带中间节点的四面体单元的计算精度都是很高的，他们的区别在于：一个六面体单元只有,8,个节点，计算规模小，但是复杂的结构很难划分出好的六面体单元，带中间节点的四面体单元恰好相反，不管结构多么复杂，总能轻易地划分出四面体，但是，由于每个单元有,10,个节点，总节点数比较多，计算量会增大很多。,Solid45,和,Solid65,的运用,Solid45 3-D,实体。用于,3,维实体结构模型。,8,个节点，每个节点,3,个自由度，,x,y,z,三个方向。该元素有,塑性，徐变，膨胀，应力强化，大变形和大应变能力,。,Solid65 3,维钢筋混凝土实体。该元素用含钢筋或不含钢筋的,3,维实体。该实体能被拉裂或压碎。用于混凝土时，例如，元素的实体能力可以用来模拟混凝土，而钢筋能力用来模拟钢筋性能。在其他情况下，该元素还可用于加固合成物（如玻璃纤维）和地质材料（如石块）。元素由,8,个节点定义，每个节点,3,个自由度：,x,y,z,方向。可以定义,3,个不同钢筋。混凝土元素与,solid45,相似，只是比它多了能,被拉裂,和,压碎,的能力。该元素最重要的方面是它具有,非线性材料,的性能。混凝土可以（在三个正交方向）,开裂、压碎、塑性变形和徐变,。钢筋可以抗拉压，但不能抗剪。也可以具有,塑性变形和徐变的性能,。,谢谢！,
展开阅读全文