ansys单元的选择.docx

在结构分析中，“结构”一般指结构分析的力学模型。 按几何特征和单元种类，结构可分为杆系结构、板 壳结构和实体结构。 杆系结构：其杆件特征是一个方向的尺度远大于其它 两个方向的尺度，例如长度远大于截面高度和宽度的 梁。单元类型有杆、梁和管单元（一般称为线单元） 板壳结构：是一个方向的尺度远小于其它两个方向尺 度的结构，如平板结构和壳结构。单元为壳单元 实体结构：则是指三个方向的尺度约为同量级的结构， 例如挡土墙、堤坝、基础等。单元为3D实体单元和2D 实体单元 杆系结构： 当构件15>L/h4时，采用考虑剪切变形的梁单元。 当构件L/h15时, 采用不考虑剪切变形的梁单元。 BEAM18X系列可不必考虑的上限，但在使用时必须 达到一定程度的网格密度。 对于薄壁杆件结构，由于剪切变形影响很大，所以必 须考虑剪切变形的影响。 板壳结构： 当L/h<58时为厚板，应采用实体单元。 当58<L/h<80100时为薄板，选2D体元或壳元 当L/h>80100时,采用薄膜单元。 对于壳类结构，一般R/h20为薄壳结构，可选择薄 壳单元，否则选择中厚壳单元。 对于既非梁亦非板壳结构，可选择3D实体单元。 杆单元适用于模拟桁架、缆索、链杆、弹簧等构件。 该类单元只承受杆轴向的拉压，不承受弯矩，节点只有 平动自由度。不同的单元具有弹性、塑性、蠕变、膨胀、 大转动、大挠度（也称大变形）、大应变（也称有限应 变）、应力刚化（也称几何刚度、初始应力刚度等）等 功能 杆单元均为均质直杆，面积和长度不能为零（LINK11 无面积参数）。仅承受杆端荷载，温度沿杆元长线性变 化。杆元中的应力相同，可考虑初应变。 LINK10属非线性单元，需迭代求解。LINK11可作用线 荷载；仅有集中质量方式。 LINK180无实常数型初应变，但可输入初应力文件， 可考虑附加质量；大变形分析时，横截面面积可以是变 化的，即可为轴向伸长的函数或刚性的。 通常用LINK1和LINK8模拟桁架结构，如屋架、网架、 网壳、桁架桥、桅杆、塔架等结构，以及吊桥的吊杆、 拱桥的系杆等构件，必须注意线性静力分析时，结构 不能是几何可变的，否则造成位移超限的提示错误。 LINK10可模拟绳索、地基弹簧、支座等，如斜拉桥的 斜拉索、悬索、索网结构、缆风索、弹性地基、橡胶 支座等。LINK180除不具备双线性特性(LINK10)外，它 均可应用于上述结构中，并且其可应用的非线性性质 更加广泛，增加了粘弹塑性材料。 LINK1、LINK8和LINK180单元还可用于普通钢筋和预 应力钢筋的模拟，其初应变可作为施加预应力的方式 之一。 梁单元分为多种单元，分别具有不同的特性，是 一类轴向拉压、弯曲、扭转(3D)单元。该类单元有常 用的2D/3D弹性梁元、塑性梁元、渐变不对称梁元、 3D薄壁梁元及有限应变梁元。此类单元除BEAM189实 为3节点外，其余均为2节点，但有些辅以另外的节点 决定单元的方向（如表1-5中的节点数）。 单元使用另外应注意的问题： 梁单元面积和长度不能为零，且2D梁元必须位于XY平面 内。 剪切变形的影响：当梁的高度远小于跨度时可忽略剪切 变形的影响。经典梁元基于变形前后垂直于中面的截面变形 后仍保持垂直的Kirchhoff假定，例如当剪切变形系数为零时 的BEAM3或BEAM4。但考虑剪切变形的梁弯曲理论中，仍 假定原来垂直于中面的截面变形后仍保持平面，（但不一定 垂直），ANSYS考虑剪切变形影响采用两种方法，即在经典 梁元的基础上引入剪切变形系数(BEAM3/4/23/24/44/54)和 Timoshenko梁元(BEAM188/189)，前者的截面转角由挠度 的一次导数导出，而后者则采用了挠度和截面转角各自独立 插值，这是两者的根本区别。 自由度释放：梁元中能够利用自由度释放的单元 有BEAM44单元，通过keyopt(7)和keyopt(8)设定释放I 节点和J 节点的各个自由度。而高版本中的 BEAM188/189也可通过ENDRELEASE命令对自由度 进行释放，如将刚性节点设为球铰等。 梁截面特性：能够采用梁截面特性的有BEAM44 和BEAM188/189三个单元。BEAM44截面不变时才能采 用梁截面，在不使用梁截面而输入实常数时可以采用 变截面。BEAM188/189在V8.0以上版本中可使用变截 面的梁截面，且可以采用不同材料组成的梁截面，而 BEAM44则不可。同时BEAM188/189支持约束扭转， 通过激活第七个自由度使用。 BEAM23/24实常数的输入比较复杂。BEAM23可 输入矩形截面、薄壁圆管、圆杆和一般截面的几何尺 寸来定义截面。BEAM24则通过一系列的矩形段来定 义截面。 荷载特性：梁单元大多支持单元跨间分布荷载、集 中荷载和节点荷载。但BEAM188/189不支持跨间集 中荷载和跨间部分分布荷载。特别注意的是梁单元的 分布荷载是施加在单元上，而不是施加在几何线上。 应力计算：对于输入实常数的梁元，其截面高度 仅用于计算弯曲应力和热应力，并且假定其最外层纤 维到中性轴的距离为梁高的一半。因此关于水平轴不 对称的截面，其应力计算是没有意义的。 2D实体单元是一类平面单元，可用于平面应力、 平面应变和轴对称问题的分析，此类单元均位于XY平 面内，且轴对称分析时Y轴为对称轴。单元由不同的 节点组成，但每个节点的自由度均为2个（谐结构实体 单元除外），即Ux和Uy。 单元插值函数及说明: PLANE2 是协调元。 PLANE42可为协调元或为非协调元，当退化时为常 应变三角形单元。PLANE82是PLANE42的高阶单元， 采用3次插值函数。PLANE182与PLANE42具有相同 的插值函数，但无附加位移函数项；也可退化为3节 点三角形。PLANE183是PLANE182的高阶单元，与 PLANE82的插值函数相同，也可退化为6节点三角形。 P单元的插值函数可为28次，其中PLANE145是8节 点四边形单元，而PLANE146是6节点的三角形单元。 荷载特性：大多支持单元边界的分布荷载及节点荷 载，可考虑温度荷载，支持初应力文件等。特别地对 平面应力输入单元厚度时，施加的分布荷载不是线荷载（力/ 长度），而是面荷载（力/面积）；如果不输入单元厚度，则 为单位厚度。 其它特点： 四边形单元均可退化为三角形单元。 除P单元和谐结构单元不支持读入初应力外，其余均 支持。 除4节点单元支持非协调选项外，其余都不支持。 除4节点单元外，其余单元都适合曲边模型或不规则 模型。 3D实体单元用于模拟三维实体结构，此类单元每个 节点均具有三个自由度，即Ux、Uy、Uz三个平动自由 度 单元使用应注意的问题： 关于SOLID72/73单元：SOLID72是4节点四面体实 体元，SOLID73是8节点六面体实体元，这两个单元每 个节点均具有6 个自由度， 即 Ux,Uy,Uz,Rotx,Roty,Rotz。在较高版本中ANSYS已不 再推荐使用，帮助文件中也不再介绍，但用命令流仍 然可用。原因之一是新的求解器PCG和SOLID92/95可 以较好的解决原有的求解问题；之二是防止不同单元 使用中“误用”转动自由度，例如与BEAM或SHELL混 合建模时误用转动自由度。 其它特点： 除8节点单元具有非协调单元选项外，其余均不支持 除8节点单元外，其余均适合曲边模型或不规则模型 除10节点单元不能退化外，其余单元皆可退化为棱 柱体和四面体单元，且SOLID95/186又可退化为金字 塔（也称宝塔）单元。 SOLID185积分方式可选择：完全积分的方法、减 缩积分、增强应变模式和简化的增强应变模式。且 SOLID185/186/187单元均具有位移插值模式和混合插 值模式（u-P插值），以模拟几乎不可压缩的弹塑材料 和完全不可压缩的超弹材料。 壳单元可以模拟平板和曲壳一类结构。壳元比梁元 和实体元要复杂的多，因此壳类单元中各种单元的选 项很多。如节点与自由度、材料、特性、退化、协调 与非协调、完全积分与减缩积分、面内刚度选择、剪 切变形、节点偏置等，应详细了解各种单元的使用说 明 杆、梁单元板壳单元实体单元最近在学习ANSYS，收集到一些资料，跟大家分享一下：还有心得体会将在后面写出来跟同行们交流！下面是有关ANSYS分析中的单元选择方法：一、单元类型选择概述：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；单元类型选择方法：1.设定物理场过滤菜单，将单元全集缩小到该物理场涉及的单元；二、单元类型选择方法（续一）2.根据模型的几何形状选定单元的大类，如线性结构则只能用“Plane、Shell”这种单元去模拟；3.根据模型结构的空间维数细化单元的类别，如确定为“Beam”单元大类之后，在对话框的右栏中，有2D和3D的单元分类，则根据结构的维数继续缩小单元类型选择的范围；三、单元类型选择方法（续二）4.确定单元的大类之后，又是也可以根据单元的阶次来细分单元的小类，如确定为“Solid-Quad”，此时有四种单元类型： Quad 4node 42 Quad 4node 183 Quad 8node 82 Quad 8node 183 前两组即为低阶单元，后两组为高阶单元；四、单元类型选择方法（续三）5.根据单元的形状细分单元的小类，如对三维实体，此时则可以根据单元形状是“六面体”还是“四面体”，确定单元类型为“Brick”还是“Tet”；五、单元类型选择方法（续四）6.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，此时有三种单元类型可供选择，如下：2D elastic 3 2Dplastic 23 2D tapered 54，根据分析问题是弹性还是塑性确定为“Beam3”或“Beam4”，若是变截面的非对称的问题则用“Beam54”。六、单元类型选择方法（续五）7.进行完前面的选择工作，单元类型就基本上已经定位在2-3种单元类型上了，接下来打开这几种单元的帮助手册，进行以下工作：仔细阅读其单元描述，检查是否与分析问题的背景吻合、了解单元所需输入的参数、单元关键项和载荷考虑；了解单元的输出数据；仔细阅读单元使用限制和说明。-ANSYS分析结构静力学中常用的单元类型类别形状和特性单元类型杆普通双线性LINK1,LINK8LINK10梁普通截面渐变塑性考虑剪切变形BEAM3,BEAM4BEAM54,BEAM44BEAM23,BEAM24BEAM188,BEAM189管普通浸入塑性PIPE16,PIPE17,PIPE18PIPE59PIPE20,PIPE602-D实体四边形三角形超弹性单元粘弹性大应变谐单元P单元PLANE42,PLANE82,PLANE182PLANE2HYPER84,HYPER56,HYPER74VISCO88VISO106,VISO108PLANE83,PPNAE25PLANE145,PLANE1463-D实体块四面体层各向异性超弹性单元粘弹性大应变P单元SOLID45,SOLID95,SOLID73,SOLID185SOLID92,SOLID72SOLID46SOLID64,SOLID65HYPER86,HYPER58,HYPER158VISO89VISO107SOLID147,SOLID148壳四边形轴对称层剪切板P单元SHELL93,SHELL63,SHELL41,SHELL43,SHELL181SHELL51,SHELL61SHELL91,SHELL99SHELL28SHELL150ansys单元类型种类统计单元名称 种类 单元号LINK (共12种) 1,8,10,11,31,32,33,34,68,160,167,180PLANE (共20种)2,13,25,35,42,53,55,67,75,77,78,82,83,121,145,146,162,182,183,223BEAM (共09种)3,4,23,24,44,54,161,188,189SOLID (共30种)5,45,46,62,64,65,69,70,87,90,92,95,96,97,98,117,122,123,127,128,147,148,164,168,185,186,187,191,226,227COMBIN (共05种)7,14,37,39,40INFIN (共04种)9,47,110,111CONTAC (共05种)12,26,48,49,52PIPE (共06种)16,17,18,20,59,60MASS (共03种)21,71,166MATRIX (共02种)27,50SHELL (共19种)28,41,43,51,57,61,63,91,93,99,131,132,143,150,157,163,181,208,209FLUID (共14种)29,30,38,79,80,81,116,129,130,136,138,139,141,142SOURC (共01种)36HYPER (共06种)56