Shell63 单元描述

Shell63 单元描述单元描述 名称 名称 SHELL63 弹性壳单元 SHELL63 单元说明单元说明 SHELL63 既具有弯曲能力和又具有膜力 可以承受平面内荷载和法向荷载 本单元每 个节点具有 6 个自由度 沿节点坐标系 X Y Z 方向的平动和沿节点坐标系 X Y Z 轴 的转动 应力刚化和大变形能力已经考虑在其中 在大变形分析 有限转动 中可以采用 不变的切向刚度矩阵 其详细的特性请参考 Section 14 63 of the ANSYS Theory Reference 近似的单元有 SHELL43 SHELL181 塑性能力 SHELL93 包含中间节点 ETCHG 命 令可以将 SHELL57 和 SHELL157 单元转换为 SHELL63 单元 SHELL63 数据输入数据输入 单元 SHELL63 的几何形状 节点位置及坐标系如图 1 所示 单元定义需要四个节点 四个厚度 一个弹性地基刚度和正交各向异性的材料 正交各向异性的材料参数的方向依 据单元坐标系 单元坐标系方向见 Coordinate Systems 章节 单元的 X 轴可以转动一个角 度 THETA 度数 在单元的面内 其节点厚度为输入的四个厚度 单元的厚度假定为均匀变化 如果单 元厚度不变 只需输入 TK I 即可 如果厚度是变化的 则四个节点的厚度均需输入 弹性地基刚度 EFS 定义 在地基法线方向产生一个单位位移所需要的压力 如果 EFS 小于或者等于 0 则弹性地基的效应将被忽略 对于一些非均匀或者夹心壳的情况 本单元提供了以下实常数 RMI 是由壳体本身的 抗弯刚度与按照输入厚度计算得出的抗弯刚度的比值 RMI 默认为 1 0 CTOP 和 CBOT 是从中面到上下两面纤维的距离以用来计算应力 CTOP 和 CBOT 均为正数 假定中面位 于用来计算应力的上下两面纤维的中间 如果没有输入 CTOP 和 CBOT 应力根据输入的 厚度进行计算 ADMSUA 为单位面积上的附加质量 单元的荷载描述见 Node and Element Loads 节点荷载和单元荷载 压力可以作为表 面荷载 按照图 SHELL63 上显示的圆圈内数字表示的单元表面输入 压向单元的荷载为 正荷载 边界压力输入值为单位长度上的力 侧向荷载可能是一个作用在节点上的等效 集中 单元荷载 KEYOPT 6 0 或者是在分配在单元面上 KEYOPT 6 2 在以平 面单元代替曲面的情况或者单元支撑在弹性地基上时 因为消去了一些假定的弯曲应力 等效单元荷载可以得到更为精确的应力结果 温度可以作为单元的体积力作用在图 SHELL63 上的 1 8 角点 第一个角点温度 T1 默认为 TUNIF 如果其他角点的温度没有指定 则默认为 T1 如果只有指定 T1 和 T2 T1 代表 T1 T2 T3 T4 T2 代表 T5 T6 T7 T8 如有其他输入格式 未指定的温度 均默认为 TUNIF 如果需要的话 KEYOPT 1 可以用于忽略抗弯刚度或者忽略膜力刚度的情况 忽略弯 曲刚度时将运用减缩的出平面质量矩阵 KEYOPT 2 用来在大变形分析中激活调和切线刚度矩阵 即 一个矩阵由主切线刚度 矩阵加上调和切线刚度矩阵而得 在几何非线性分析如非线性屈曲或者后屈曲分析中 打开这个选项可以更快得到收敛 不过 在模拟一刚性杆或一群耦合节点时 不应该激活 本单元的这个选项 结构内刚度突然的变化使得调和切线刚度矩阵不适合这种情况 KEYOPT 3 允许你考虑 KEYOPT 3 0 or 2 或者抑制 KEYOPT 3 1 额外的位移形 状 它还允许你选择平面内转动刚度的类型 KEYOPT 3 0 或 1 激活弹簧性质的单元 Z 轴平面内转动刚度 KEYOPT 3 2 激活更实际的平面内转动刚度 Allman 转动刚度 程序使用默认的 罚常数值为 d1 1 0E 6 d2 1 0E 3 使用 Allman 刚度经常能加强在平面壳结构 即 平面壳或者壳里的平面部分 的大变 形 有限转动 分析中的收敛能力 KEYOPT 7 允许使用减缩质量矩阵 转动自由度被删除 这个选项在质量荷载作用 下的薄壳中对改善弯曲应力很有用处 KEYOPT 8 允许使用减缩应力矩阵 转动自由度被删除 这个选项在一些曲线壳结构的 线形屈曲分析中对改善模态形状合更精确的荷载倍数很有用处 单元输入摘要见下面的 Input Summary 输入摘要 单元输入的一般性描述见 Element Input 单元输入 SHELL63 输入摘要输入摘要 单元名称 SHELL63 节点 I J K L 自由度 UX UY UZ ROTX ROTY ROTZ X Y Z 方向的平动位移 X Y Z 方向的转动 动位移 实常数 TK I TK J TK K TK L 四个角点厚度 EFS 弹性地基刚度 THETA X 轴转动角度 RMI 抗弯刚度的比值 CTOP 上表面与中心面的距离 CBOT 下表面与中心 面的距离 ADMSUA 附加质量 材料特性 EX EY EZ 弹模 PRXY PRYZ PRXZ or NUXY NUYZ NUXZ 泊松比或者 ALPX ALPY ALPZ 热膨胀系数 DENS 密度 GXY 剪切模量 DAMP 对于阻尼域的矩阵乘数 K 面荷载 压力 面 1 I J K L 底部 Z 方向 面 2 I J K L 顶部 Z 方向 面 3 J I 面 4 K J 面 5 L K 面 6 I L 体荷载 温度 T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 特殊特性 应力刚化 大变形 单元生死 KEYOPT 1 0 弯曲刚度和膜力 1 仅考虑膜力刚度 2 仅考虑弯曲刚度 KEYOPT 2 0 在 NLGEOMNLGEOM 设为 ON 时仅考虑主切线刚度矩阵 在线形屈曲或其他线形预应力 分析中考虑应力刚化效应必须另外激活 PSTRESPSTRES ON 1 在 NLGEOM is ON 和 KEYOPT 1 0 时激活调和切线刚度矩阵 即 一 个矩阵由主切线刚度矩阵加上调和切线刚度矩阵而得 当激活 KEYOPT 2 1 时 SSTIF ON 将被忽略 注意 当 SOLCONTROL 设为 ON 且 NLGEOM 设为 ON 时 KEYOPT 2 自动设为 1 即自动激活调和切线刚度 KEYOPT 3 0 考虑特别的位移形状 使用弹簧性质的单元 Z 轴平面内转动刚度 如果 KEYOPT 1 0 对非翘曲单元 程序自动加上一个小刚度以免数值不稳定 1 抑制特别的位移形状 使用弹簧性质的单元 Z 轴平面内转动刚度 如果 KEYOPT 1 0 对非翘曲单元 程序自动加上一个小刚度以免数值不稳定 2 考虑特别的位移形状 使用单元 Z 轴 Allman 平面内转动刚度 详见 14 43 6 of the ANSYS Theory Reference KEYOPT 5 0 基本的单元输出 2 节点应力输出 KEYOPT 6 0 减缩压力荷载 如果 KEYOPT 1 1 则必须打开 2 协调压力荷载 KEYOPT 7 0 协调质量矩阵 1 减缩质量矩阵 KEYOPT 8 0 近似 协调应力刚度矩阵 默认 1 减缩应力刚度矩阵 KEYOPT 9 0 无用户子程序定义单元坐标系 4 用 USERAN 定义单元坐标系 用户子程序详见 ANSYS Guide to User Programmable Features KEYOPT 11 指定数据存储 0 仅存储顶面和底面的数据 2 存储顶面 底面和中面的数据 表表 1 1 SHELL63SHELL63 实常数实常数 No NameDescription 1TK I 结点 I 处的壳厚度 2TK J 结点 J 处的壳厚度 3TK K 结点 K 处的壳厚度 4TK L 结点 L 处的壳厚度 5EFS弹性基础刚度 6THETA单元 X 轴旋转角 7RMI弯曲惯量比 8CTOP中面到顶面的距离 9CBOT中面到底面的距离 10 18 Blank 19ADMSUA附加质量 单位面积 SHELL63 输出数据输出数据 与单元有关的结果输出有两种形式 包括在整个节点解中的节点自由度 附加的单元输出 见单元输出定义 在图中显示了几个应力输出项 输出包括 X 面 MX 的弯矩 Y 面 MY 的弯矩 和扭矩 MXY 弯矩为单元坐标系内单位长度上计算所得 单元应力方向和单元坐标系统平行 对各种结果输出的描述见结果输出 Solution Output 描述结果的方法参见 ANSYS Basic Analysis Guide 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 表表 2 2 SHELL63SHELL63 单元输出定义单元输出定义 NameDefinitionOR EL单元号YY NODES节点 I J K LYY MAT材料号YY AREA面积YY XC YC ZC结果输出点位置Y1 PRES P1 在节点 I J K L P2 在 I J K L P3 在 J I P4 在 K J P5 在 L K P6 在 I L YY TEMP温度 T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8YY T X Y XY 平面内 单元 X Y 和 XY 集中力YY M X Y XY 单元 X Y 和 XY 弯矩YY FOUND PRESS地基压力 如果非 0 Y LOC上表面 中面 or 下表面YY S X Y Z XY合成的弯曲和模的应力YY S 1 2 3主应力YY S INT应力强度YY S EQV等效应力YY 1 只有在质心作为 GET GET 项时可用 表表 3 3 SHELL63SHELL63 混合单元输出项混合单元输出项 DescriptionNames of Items OutputOR Nodal Stress Solution TEMP S X Y Z XY SINT SEQV 1 1 如果 KEYOPT 5 2 则输出每个节点的值 SHELL63 项目和序号表 中列出了在后处理中可通过 ETABLE 命令加参数及数字 序号的方法定义可列表察看的有关变量的细则 详细参见 ANSYS 基本分析指南 中有关 The General Postprocessor POST1 和 The Item and Sequence Number Table 部分 下 面是表格的一些使用说明 Name 指在 SHELL63 单元输出数据说明表 中的有关变量 Item 命令 ETABLE 中使用的参数 E 对于单值或常数型单元数据的序列号 I J K L 节点 I J K L 处数据的序列号 表表 4 4 SHELL63SHELL63 输出项和序列号输出项和序列号 ETABLE 和和 ESOL 命令输入命令输入 输出量名称输出量名称 项项EIJKL TXSMISC1 TYSMISC2 输出量名称输出量名称ETABLE 和和 ESOL 命令输入命令输入 项项EIJKL TXYSMISC3 MXSMISC4 MYSMISC5 MXYSMISC6 P1SMISC 9101112 P2SMISC 13141516 P3SMISC 1817 P4SMISC 2019 P5SMISC 2221 P6SMISC 23 24 Top S 1NMISC 161116 S 2NMISC 271217 S 3NMISC 381318 S INTNMISC 491419 S EQVNMISC 5101520 Bot S 1NMISC 21263136 S 2NMISC 22273237 S 3NMISC 23283338 S INTNMISC 24293439 S EQVNMISC 25303540 SHELL63SHELL63 假设与限制假设与限制 单元不能 0 面积 这种情况经常出现在单元被非正常计数时 0 厚度单元或者在任何 角点逐渐变细到 0 厚度也不被允许 施加的横向热梯度假定为沿厚度方向线形变化 在壳 体表面则双线形变化 一系列相互之间角度小于 15 的平面壳单元可以很好的模拟一个曲线壳 如果输入一个 弹性地基刚度 则每个节点作用 1 4 剪切变形在这种薄壳里不被考虑 一个三角形单元 如 Triangle Prism and Tetrahedral Elements 里描述 用重合 K L 节 点的方法形成 对于三角形单元 额外的形状自动被删除 膜力刚度缩减为常应变公式 对于大变形分析 如果 KEYOPT 1 1 仅考虑膜力刚度 单元必须是三角形 四节点单元必须在准确的平面上 不过 一小点的出平面公差可能使单元具有轻微的 翘曲形状 适度的翘曲单元将在输出中产生一个警告信息 如果翘曲非常严重 将产生一 个致命的信息结果 应该考虑使用三角形单元 详见 Triangle Prism and Tetrahedra