5-solid5.doc

SOLID5名称SOLID5-三维耦合场体单元有效产品：MP ME EM PP EDSolid5单元说明Solid5 具有三维磁场，热场，电场，压电场和结构场分析能力，并能在各场之间实现有限的耦合。本单元有8个节点，每个节点最多有6个自由度。在静态分析中为了建立静磁场模型我们可以较容易得到标量电压公式（包括简化RSP，微分DSP，或者综合GSP）。关于这个单元参看ANSYS理论手册14.5节。具有相似场性能的耦合场单元有PLANE13，SOLID62，SOLID98。图1 SOLID5 三维耦合场体单元（略）输入数据在图1中给出了这个单元几何形状，节点位置和坐标系统。这个单元具有8个节点和材料属性。单位（MKS或者用户自己定义）通过EMUNIT命令来指定。EMUNIT也用来定义MUZERO的值。EMUNIT缺省值就是国际单位制而MUZERO=410-7 亨/米。除MUZERO之外，通过材料特性表中的MURX，MURY，MURZ来定义正交各向异性的相对导磁率。MGXX，MGYY，MGZZ代表永磁材料矫顽力的矢量分量。矫顽力的大小是其各个分量的平方和的平方根。极化方向由分量MGXX，MGYY，MGZZ确定。永久磁极的极化方向以及正交各向异性材料的方向和单元坐标方向一致。单元坐标系统的定位参见坐标系统。非线性磁特性，压电特性和各向异性弹性特性用TB命令输入，参见数据表-隐含分析。非线性正交各向异性磁特性可以通过B-H曲线和线性相关导磁率的结合来确定。这个B-H曲线用在各单元坐标方向上，相对导磁率将被指定为零。每种材料只能设置一个B-H曲线。本单元可以组合使用不同的节点载荷（取决于KEYOPT（1）的值）。节点载荷用D和F命令定义。对D命令，Lab变量为自由度（UX，UY，UZ，TEMP，VOLT，MAG），VALUE为相应的数值（位移，温度，电压，梯状磁势能）。对F命令，Lab变量为力（F_HEAT，AMPS，FLUX），VALUE为相应的数值（力，热流量，电流或电荷，磁通量）。单元载荷在 节点和单元载荷 中说明。表面载荷，压力，对流热，热流量和麦克斯韦力标记可以在单元边界面上通过SF和SFE命令输入，如图SOLID5单元几何中带圆圈数字所示。正压力指向单元内部。需要计算磁力的表面，可以在该面上使用无数值参数的面载荷命令MXWF做标记。为了得到磁力我们可计算这些面上的麦克斯韦尔应力张量。这些力在求解时可作为载荷施加到结构上。表面标记应该施加到需计算力的体相邻的空气单元上。删除指定的MXWF就能够取消标记了。体载荷，温度，发热率和磁虚位移可以输入其在单元结点处的值或单一的单元值BF和BFE。当温度自由度被激活时（KEYOPT（1）=0，1或8）就可以忽略上面提到的应用在体上的温度值（BF，BFE）。一般情况下，未指定的节点温度和生热率都默认为由命令BFUNIF或TUNIF指定的值。计算出来的焦耳热值可以作为发热率应用在后面的迭代中。如果存在温度自由度，计算得到的温度将替换任何输入的节点温度。对于需要计算局部雅克比力的空气单元，可以通过使用BF命令中MVDI标识符的节点值取0或1来确定。详见ANSYS电磁场分析指南。求解时这些力不施加到结构上。梯状磁势能电流选向可以由SOURC36单元的宏命令RACE来定义，或者通过电磁耦合来定义。不同类型梯状磁势能求解选向可以由MAGOPT命令来定义。SOLID5输入汇总 单元名称SOLID5节点：I,J,K,L,M,N,O,P自由度：若KEYOPT（1）=0： UX,UY,UZ,TEMP,VOLT若KEYOPT（1）=1： TEMP,VOLT若KEYOPT（1）=2： UX,UY,UZ若KEYOPT（1）=3： UX,UY,UZ,VOLT若KEYOPT（1）=8： TEMP若KEYOPT（1）=9： VOLT若KEYOPT（1）=10： MAG实参数：无材料特性：EX, EY, EZ, (PRXY, PRYZ, PRXZ 或 NUXY, NUYZ, NUXZ), ALPX, ALPY, ALPZ, DENS, GXY, GYZ, GXZ, DAMP, KXX, KYY, KZZ, C, ENTH, MUZERO, MURX, MURY, MURZ, RSVX, RSVY, RSVZ, MGXX, MGYY, MGZZ, PERX, PERY, PERZ, 加上 BH, ANEL, 和 PIEZ 数据表（见ANSYS帮助中的数据表隐式分析）。面载荷压力面1 (J-I-L-K)， 面2 (I-J-N-M)面3 (J-K-O-N)， 面4 (K-L-P-O)面5 (L-I-M-P)， 面6 (M-N-O-P)对流面1 (J-I-L-K)， 面2 (I-J-N-M)面3 (J-K-O-N)， 面4 (K-L-P-O)面5 (L-I-M-P)， 面6 (M-N-O-P)热流密度面1 (J-I-L-K)， 面2 (I-J-N-M)面3 (J-K-O-N)， 面4 (K-L-P-O)面5 (L-I-M-P)， 面6 (M-N-O-P)麦克斯韦面标记面1 (J-I-L-K)， 面2 (I-J-N-M)面3 (J-K-O-N)， 面4 (K-L-P-O)面5 (L-I-M-P)， 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)生热率： HG (I), HG (J), HG (K), HG (L), HG (M), HG (N), HG (O), HG (P)磁虚位移： VD (I), VD (J), VD (K), VD (L), VD (M), VD (N), VD (O), VD (P)特殊特性对于耦合场需要进行迭代计算(位移、温度、电、磁，但不包括压电)；应力刚度；生死单元；自适应下降。KEYOPT(1) 用于自由度选取（见上面所述）KEYOPT(3) 0-包括额外的形状1-不包括额外的形状KEYOPT(5) 0-基本单元输出2-节点应力或磁场输出输出数据与单元有关的结果输出有两种形式：1 包括在整个节点解中的节点自由度。2 附加的单元输出，见表SOLID5单元输出定义。在图中显示了几个输出项。单元应力方向和单元坐标系统平行。节点的支反力，热流密度，电流和磁通量可以用OUTPR命令打印出来。在结果输出中给出了对于结果输出的一般说明。查看的方法见ANSYS基本分析指南。图2 SOLID5单元输出（略）单元输出定义表使用如下标记：在名称列表中的冒号表示该项可以用分量名方法ETABLE，ESOL处理；0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0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1 SOLID5单元输出定义名称定 义OREL单元号YYNODES节点- I, J, K, L, M, N, O, PYYMAT材料号YYVOLU：体积YYXC, YC，ZC结果输出点位置Y3PRESP1 在节点 J, I，L，K; P2 在 I，J，N，M; P3 在 J，K，O，N; P4 在 K, L，P，O; P5在L，I，M，P; P6在M，N，O，PYYTEMP输入温度 T(I), T(J), T(K), T(L)，T(M), T(N), T(O), T(P)YYHGEN输入的生热率 HG(I), HG(J), HG(K), HG(L)， HG(M), HG(N), HG(O), HG(P)YYS:INT应力强度11S:EQV当量应力11EPEL:X, Y, Z, XY，YZ，XZ弹性应变11EPEL:1, 2, 3弹性主应变11S:X, Y, Z, XY，YZ，XZ应力分量 11S:1, 2, 3主应力11LOC输出位置 (X, Y，Z)1-MUX, MUY，MUZ导磁率11H:X, Y，Z磁场强度分量11H:SUMH 矢量的大小11B:X, Y，Z磁流密度分量11B:SUMB矢量的大小11FJBLorentz 磁力分量(X，Y，Z)1-FMXMaxwell 磁力分量(X，Y，Z)1-FVW虚功力分量(X，Y，Z)11FMAG:X, Y，Z组合 (FJB 和 FMX) 力分量-1EF:X, Y，Z电场分量 (X, Y，Z)11EF:SUMEF 矢量的大小11JS:X，Y，Z源电流密度分量11JSSUMJS矢量的大小11JHEAT每单位体积产生的焦尔热11D:X，Y，Z电流密度分量(X，Y，Z)11D:SUMD矢量的大小11UE，UD，UM电 (UE), 电介质 (UD) 和机电耦合 (UM)11TG:X，Y，Z热梯度分量11TG:SUMTG矢量的大小11TF:X，Y，Z热流率分量11TF:SUMTF矢量的大小（热流率/单位截面积）11FACE面标记22AREA侧面面积22NODES侧面节点号2-HFILM侧面各节点处的膜系数2-TBULK侧面各节点处的介质温度2-TAVG侧面的平均温度22HEAT RATE由对流换热引起的边界的热流率22HEAT RATE/AREA由对流热引起的每单位面积的热流率2-HFLUX侧面各节点处的热流密度2-HFAVG侧面的平均膜系数22TBAVG侧面的平均介质温度-2HFLXAVG由输入热流引起的边界每单位面积的热流率-21 只输出质心处的单元解（以输入数据为基础）2 只有KEYOPT(5)=2时才计算节点应力和磁场。只有输入面载荷的时候才在每个节点重复求解结果。3只有在单元中心，作为 *GET 项时可用。4当量应变使用有效泊松比：对于弹性和热分析，由用户输入 (MP,PRXY)。表5.2 “SOLID5 输出项和序列号”列出了可以通过ETABLE命令，采用序列号方法输出的内容列表。在表“SOLID5 输出项和序列号”中使用如下标识符：Name与表5.1 “SOLID5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；FCn单元第N条边输出项的序列号。表5.2 SOLDI5输出项和序列号（略）SOLID5假设与限制 单元不一定有0体积或0长度边。这种情况经常出现在当单元被非正常计数时。 当出现图5.1或者有面IJKL和MNOP互相作用的时候单元也可以用来计数。 棱柱形状单元可以通过定义双节点数来形成如在三角形，棱柱和五边形单元中描述的那样。 标量磁势能微分选项被严格限制在单连通域中，所以在这些域中当趋于无穷时结果场H就趋于0。而简化的和总体的势能选项就没有这个限制。 在单元自由面上（例如不与其他单元接近的和不受边界约束限制的）我们假设磁通密度(B)的标准分量为0。如果内部计算的话，温度和产热率就包括任意使用者定义的产热率。热，电，磁，结构项可以通过迭代过程来耦合。产品限制当这个单元被用在下面列出的产品时，就要在这个单元上应用规定的特殊产品约束除在上小节给出的一般假设和约束外。ANSYS/Mechanical 如果Emag选项不被激活的话，就要应用下面的约束： 单元没有磁场特性 MAG自由度不起作用 KEYOPT(1)不能设成10。如果KEYOPT(1)=0或1，MAG自由度就不起作用 磁性材料