ansys—solid45单元.doc

地基采用层状地基模型，依据地质勘察资料及土工常规试验所测定的土性指标，将地基土分为3层，每层厚度与实际厚度一致，在水平面上的长度和宽度取塔底换算半径的5倍，该塔横截面为正方形，换算半径在此取为边长的一半，并约束地基边界面的各自由度，竖向深度取地基土的勘察深度。在土中成孔及土体的软化依据图3.5，所建模型地基内部的构造见图 3.7。数值计算模型计算单元采用空间8结点六面体单元(图 3.8)，该单元亦可退化为无中间结点的空间四面体单元和三棱柱单元，各结点沿其坐标x，y，:共三个平移自由度，分布式荷载可作用于单元的各个侧面，采用该单元可分析大变形、大应变、塑性和屈服等问题。若假定单元的材料为各向同性，则其弹性刚度矩阵为:图3.9 有限元模型SOLID453-D结构实体单元产品：MP ME ST PR PP EDSOLID45单元说明solid45单元用于构造三维实体结构.单元通过8个节点来定义,每个节点有3个沿着xyz方向平移的自由度.单元具有塑性,蠕变,膨胀,应力强化,大变形和大应变能力。有用于沙漏控制的缩减积分选项。有关该单元的细节参看 ANSYS, 理论参考中的SOLID45部分。类似的单元有适用于各向异性材料的solid64单元。Solid45单元的更高阶单元是solid95。图45.1 SOLID45几何描述SOLID45输入数据 该单元的几何形状、结点位置、坐标系如图45.1: SOLID45 几何描述所示。该单元可定义8个结点和正交各向异性材料。正交各向异性材料方向对应于单元坐标方向。单元坐标系方向参见坐标系部分。 单元荷载参见结点和单元荷载部分。压力可以作为表面荷载施加在单元各个表面上，如图45.1: SOLID45 几何描述所示。正压力指向单元内部。可以输入温度和流量作为单元节点处的体载荷。节点 I 处的温度 T(I) 默认为 TUNIF。如果不给出其它节点处的温度，则默认等于 T(I)。对于任何其它的输入方式，未给定的温度默认为 TUNIF。对于流量的输入与此类似，只是默认值用零代替了 TUNIF。KEYOPT(1)用于指定包括或不包括附加的位移形函数。KEYOPT(5)和KEYOPT(6)提供不同的单元输出选项（参见单元输出部分）。 当KEYOPT(2)=1时，该单元也支持用于沙漏控制的均匀缩减（1点）积分。均匀缩减积分在进行非线性分析时有如下好处： 相对于完全积分选项而言，单元刚度集成和应力（应变）计算需要更少的CPU时间，而仍能获得足够精确的结果。 当单元数量相同时，单元历史存储记录（.ESAV 和 .OSAV）的长度约为完全积分（222）的1/7。 非线性分析的收敛性通常远比采用额外位移形状的完全积分要好；即，KEYOPT(1) = 0, KEYOPT(2) = 0。 分析结果不会受（由塑性或其它不可压缩材性引起的）体积锁死的影响。采用均匀缩减积分有以下缺点： 当采用相同网格进行弹性分析时，结果显然不如完全积分方法精确。 采用单层单元时不能很好的得到结构的弯曲特性（例如，一根悬臂梁，受横向集中力，采用单层单元）。建议采用4层单元。当采用均匀缩减积分选项时（KEYOPT(2) = 1 这和 SOLID185 用 KEYOPT(2) = 1是一样的），应对总能量 (ETABLE 命令，SENE 标识符)和沙漏造成的伪能量 (ETABLE 命令，AENE 标识符) 进行比较以检查结果的精度。如果沙漏能与总能量之比小于 5%，结果一般是可以接受的。如果该比值超过5%，则需细化网格。也可以在求解阶段用 OUTPR,VENG 命令控制总能量和沙漏能。更多说明见 ANSYS 理论手册。 可用ISTRESS 或者 ISFILE 命令给单元施加初始应力状态。更多信息参见ANSYS基础分析纸指南中的施加初始应力部分。你也可以用KEYOPT(9) = 1来从用户子程序中读取初应力USTRESS。关于用户子程序的细节，参见ANSYS UPF指南。 在进行几何非线性分析时，可以使用 SOLCONTROL,INCP 命令来包含压力的影响。在线性特征值屈曲分析中自动包括压力载荷刚度效应。如果需要非对称的压力载荷刚度效应矩阵，使用 NROPT,UNSYM 命令。该单元的输入概要参见 SOLID45 输入数据摘要. 单元输入数据的一般性描述参见单元输入部分。SOLID45单元输入数据摘要节点 I，J，K，L，M，N，O，P自由度 UX，UY，UZ实常数HGSTF沙漏控制因子，仅当KEYOPT(2) = 1时需要设置。注：有效值为任意正数，默认为1.0。建议值为1到10之间。材料参数 EX, EY, EZ, PRXY, PRYZ, PRXZ (或 NUXY, NUYZ, NUXZ), ALPX, ALPY, ALPZ (或 CTEX, CTEY, CTEZ or THSX, THSY, THSZ), DENS, GXY, GYZ, GXZ, DAMP表面载荷 压力表面1（J-I-L-K），表面2（I-J-N-M），表面3（J-K-O-N），表面4（K-L-P-O）,表面5（L-I-M-P），表面6（M-N-O-P）体载荷 温度T（I），T（J），T（K），T（L），T（M），T（N），T（O），T（P）；流量FL（I），FL（J），FL（K），FL（L），FL（M），FL（N），FL（O）FL（P）特殊功能 塑性蠕变膨胀应力刚化大变形大应变单元死活自适应下降初始应力输入KEYOPT (1) 0 包括附加的位移形函数 1 不包括附加的位移形函数KEYOPT (2) 积分选项 0 依据KEYOPT(1)带或者不带附加位移形函数，执行完全积分 1 带砂漏控制的均匀缩减积分,不带附加的位移形函数(KEYOPT(1)自动设置为1)KEYOPT(4) 单元坐标系0单元坐标系平行于整体坐标系 1单元坐标系基于单元IJ边KEYOPT(5) 额外单元输出0 基本单元解 1 在所有积分点上重复基本解 2节点应力解 KEYOPT(6) 额外表面输出0基本单元解1附带表面I-J-N-M的表面解2表面I-J-N-M和表面K-L-P-O的表面解(表面解只对线性材料可用) 3附带每个积分点的非线性解4非零压力表面的表面解KEYOPT(9) 初始应力子程序选项（仅适用于直接用KEYOPT命令输入时）0没有用户子程序提供初应力(默认) 1从用户子程序USTRESS中读入初始应力数据(有关用户子程序参见ANSYS UPF指南)SOLID45输出数据与单元结果相联系的结果输出主要有两种方式：l 节点位移和所有节点结果。l 附加的单元输出，如表45.1: SOLID45 单元输出定义所示。 图 45.2: SOLID45应力输出显示了几项结果。单元应力方向平行于单元坐标系。表面应力输出在表面坐标系上，各面上的结果都可得到（KEYOPT(6)）。面IJNM和KLPO的坐标系如图45.1: SOLID45几何描述所示。其他的表面坐标系遵从类似的定位，即由受压面结点关系确定。表面应力输出仅当满足单元输出的条件时可用。一般性的描述参见结果输出。关于如何查看结果，参见ANSYS 基础分析指南。图45.2: SOLID45应力输出(这里显示的应力方向相应于 KEYOPT(4) = 0)当KEYOPT(2)=1（单元采用均匀缩减积分），单元积分点上所有的输出和完全积分方法的输出形式相同。为保证输出的一致性，在相同单元类型中完全积分方法的点号。单元输出定义表使用如下标记:在名称列中的冒号 (：) 表示该项可以用分量名方法 ETABLE, ESOL 处理；O 列表示该项可用于 Jobname.OUT 文件；R 列表示该项可用于结果文件。无论 O列或 R 列，Y 表示该项总是可用的，一个数字表示表的一个注解,其中说明了使用该项的条件；而减号 - 表示该项不可用。表45.1 SOLID45单元的结果输出定义名称定义OREI单元号YYNODES节点-I,J,K,L,M,N,O,PYYMAT材料编号YYVOLU体积YYXC,YC,ZC结果输出位置Y3PRES节点J,I,L,K的P2;JKON的P3;KLPO的P4;LIMP的P5;MNOP的P6YYTEMP温度T(I) ,T(J),T(K),T(L),T(M),T(N),T(O),T(P)YYFLUEN流量FL(I) FL(J) FL(K) FL(L) FL(M) FL(N) FL(O) FL(P)YYS:X,Y,Z,XY,YZ,XZ应力YYS;1,2,3主应力YYS:INT应力强度YYS:EQV等效MISES应力YYEPEL:X,Y,Z,XY,YZ,XZ弹性应变YYEPEL:1,2,3主弹性应变Y-EPEL:EQV等效弹性应变YYEPTH:X,Y,Z,XY,YZ,XZ平均热应变11EPTH:EQV等效热应变11EPPL:X,Y,Z,XY,YZ,XZ平均塑性应变11EPPL:EQV等效塑性应变11EPCR:X,Y,Z,XY,YZ,XZ平均蠕变应变11EPCR:EQV等效蠕变应变11EPSW:平均膨胀应变11NL:EPEQ平均等效塑性应变11NL:SRAT屈服表面上的迹应力和应力之比11NL:SEPL从应力-应变曲线平均等效mises应力11NL:HPRES静水压力1FACE表面lable22AREA表面面积22TEMP表面平均温度22EPEL表面弹性应变(X,Y,XY)22PRESS表面压力22S(X,Y,XY)表面应力(X轴平行于定义该表面的前面两个结点连接)22S(1,2,3)表面主应力22SINT表面应力强度22SEQV表面等效mises应力22LOCI:X,Y,Z积分点位置-Y1 仅当单元具有非线性材料时，有非线性解输出。2 表面输出(如果KEYPOINT(6)是1、2或者4) 。3 用*GET可以获得质心位置的结果.。 4等效应变用一个等效泊松比来计算：对于弹性和热问题，这个值由(MP,PRXY)输入；对于塑性和蠕变问题，这个值取0.5表45.2SOLID45综合单元输出描述输出项名OR非线性积分点结果EPPL, EPEQ, SRAT, SEPL, HPRES, EPCR, EPSW1-积分点应力结果TEMP, S(X, Y, Z, XY, YZ, XZ), SINT, SEQV, EPEL2-结点应力结果 TEMP, S(X, Y, Z, XY, YZ, XZ), SINT, SEQV, EPEL3-1. 若单元有非线性材料且KEYOPT(6)=3，在8个积分点处输出结果。2. 若KEYOPT(5)=1，在每个积分点输出结果。3. 若KEYOPT(5)=2，在每个结点输出结果。表 45.3 SOLID45 输出项和序列号 列出了可以通过 ETABLE 命令，用序列号方法输出的内容列表。更多信息见 ANSYS 基本分析指南 中 一般后处理 (POST1) 部分和本手册中 输出项和序列号表 部分。在 表 45.3 SOLID45 输出项和序列号 中使用如下标识符：Name 与表 45.1: SOLID45 单元输出定义 中相同定义的输出量；Item 用于 ETABLE 命令的预先定义的输出项；E对于单值或常数型单元数据的序列号；I,J,P 节点I,J,.,P 处数据的序列号；表45.3SOLID45 输出项和序列号输出量名ETABLE和 ESOL 命令输入ItemIJKLMNOPP1SMISC2143-P2SMISC56-87-P3SMISC-910-1211-P4SMISC-1314-1615P5SMISC18-1719-20P6SMISC-21222324S:1NMISC16111621263136S:2NMISC27121722273237S:3NMISC38131823283338S:INTNMISC49141924293439S:EQVNMISC510152025303540FLUENNMISC4142434445464748 有关适用ETABLE命令的表面结果输出参见本手册的表面输出部分。SOLID45假定和限制 体积等于0的单元是不允许的。 单元结点编号可参照图45.1: SOLID4