ANSYS有限元分析中的单位问题

ANSYS 有限元分析中的单位问题 2008 年 06 月 08 日 星期日 01 07 ansys 中没有单位的概念 只要统一就行了 所以 很多人在使用时 不知道该统 一用什么单位 用错单位造成分析结果严重失真 今综合相关资料 整理如下 一 在 ansys 经典中 的确没有单位区别 关键要看你的模型以什么样的单位 去建 当然 对应的材料属性 杨氏模量 密度等 也要以你所建模型的单位 去对应 着重需要注意的是在把模型由 cad 软件导入 ansys 中时 注意单位的 对应就可以 当然一般在 cad 模型中的单位是 mm 制 那么导入 ansys 后也应该 采用 mm 制 也就是 mpa 类型 二 打开 ansys 运行 units si 就把单位设置成国际制单位了 即长度 m 力 n 时间 s 温度 k 压强 压力 Pa 面积 m2 质量 kg 确 保了分析结果不失真 且易于读懂结果数据 三 ANSYS 中不存在单位制 所有的单位是自己统一的 一般先确定几个物理量 的单位 做过振动台试验的朋友一定会知道 然后导出其它的物理量的单位 静力问题的基本物理量是 长度 力 质量 比如你长度用 m 力用 KN 而质量用 g 那么应力的单位就是 KN m m 而不是 N m m 动力问题有些复杂 基本物理量是 长度 力 质量 时间 比如长度用 mm 力用 N 质量用 Kg 而时间用 s 以上单位就错了 因为由牛顿定律 F ma 所以均按标准单位时 N kg m s s 所以若长度为 mm 质量为 Kg 时间用 s 则有 N e 3 kg mm s s 所以 正确的基本单位组合应该是 mN 毫牛 即 N e 3 mm Kg s 所以 如果你要让 ANSYS 的单位为国际单位制 你在输入物理量之前 先 将所有的物理量转换为国际单位制 如 原先你的图纸上均为毫米 比如一个矩形截面尺寸是 400mm 500mm 那么 你在建模之前先转化为 0 4m 0 5m 然后输入的长度为 0 4 和 0 5 ANSYS 只知道你输入的是 0 4 和 0 5 它不知道 你的单位是什么 附上一句 ANSYS 中有一个只能从命令行输入的命令 UNITS 它的作用仅 仅是标记作用 让用户有个地方做标记 它没有任何单位转换的功能 不要被他迷惑 英文原文如下 The units label and conversion factors on this command are for user convenienc e only and have no effect on the analysis or data That is UNITS will not co nvert database items from one system to another e g from British to SI etc 四 在 ANSYS 中没有规定单位 它值进行代数值的运算 需要用户自己去定义 自己的单位制 很多初学者对于单位的问题很不解 在使用的时候只需要记住 一点就可以了 使用统一的单位制 由于处理实际问题时分析问题的需要或者个人习惯不同 不同人对不同物理量 的单位有不同选择 例如对于长度单位 机械设计人员喜欢使用 mm 而工程设 计人员经常使用 m 再如力的单位 国际单位为 N 但是在很多地方使用 kN 作 为力的单位 选用什么单位并无对错之分 只需推算出其他物理量的对应单位 即可 下面举个例子进行说明 一个实体模型质量为 1kg 长度为 4X10 3m 弹性模量为 2 1X1011Pa 时间为 7s 这几个量的单位都是国际单位 但是物理量之间的数量级差别很大 容易 引起计算收敛困难或计算误差太大 将质量和长度单位改变一下 变成非国际 单位制 质量为 1X10 3t 长度为 4mm 时间为 7s 这时候弹性模量为 2 1X106MPa 了 那么物理量之间的数量级差别就小了 但同时需注意的是 很 多其他物理量的单位也不再是国际单位制了 比如速度单位由 m s 变为 mm s 由上面的分析可知 可按下面的方法选用单位制 1 所有的单位都统一使用国际单位制 那么计算的所有结果也为国际单位制 2 使用非国际单位制 需要先确定几个基本物理量的单位 然后根据基本物理 量推导出其它物理量的单位 基本物理量及其量纲 质量 m 长度 L 时间 t 温度 T 导出物理量及其量纲 速度 v L t 加速度 a L t2 面积 A L2 体积 V L3 密度 m L3 力 f m a m L t2 力矩 能量 热量 焓等 e f L m L2 t2 压力 应力 弹性模量等 p f A m t2 L 热流量 功率 e t m L2 t3 导热率 k L T m L t3 T 比热 c e m T L2 t2 T 热交换系数 Cv e L2 T t m t3 T 粘性系数 Kv p t m t L 熵 S e T m l2 t2 T 质量熵 比熵 s S m l2 t2 T 量纲的选用原则量纲的选用原则 选择合适的量纲 需要注意以下原则 1 确定分析中使用的物理量的数量级大小 避免使用数量级太大或太小的量纲 2 同一问题中所有物理量的量纲要保持一致 否则计算结果中的某些物理量的 量纲就不明确 容易导致错误的结果 3 一般情况 为了分析方便 可先选定基本物理量的量纲 再由基本物理量的 量纲推导其它物理量的量纲 当然 也可以先确定部分导出物理量的量纲 然 后根据基本物理量与导出物理量的关系 推导基本物理量的量纲 下面举两个常用的例子 1 1 基本物理量采用如下单位制 基本物理量采用如下单位制 质量 m kg 应该采用 Mg 单位才统一 具体可以参考 MSC MARC 中的材料库统 一单位 推导 长度 L mm 时间 S 温度 K 温度 K 与 C 等价 各导出物理量的单位可推导如下 同时还列出了与 kg m S 单位制或一些常用单 位的关系 速度 v L t mm S 10 3m S 加速度 a L t2 mm S2 10 3m S2 面积 A L2 mm2 10 6m2 体积 V L3 mm3 10 9m3 密度 m L3 kg mm3 10 9kg m3 10 6g cm3 力 f m L t2 kg mm S2 10 3kg m S2 mN 牛 力矩 能量 热量 焓等 e m L2 t2 kg mm2 S2 10 6kg m2 S2 J 焦耳 压力 应力 弹性模量等 p m t2 L kg S2 mm 103kg S2 m kPa 帕 热流量 功率 m L2 t3 kg mm2 S3 10 6kg m2 S3 w 瓦 导热率 k m L t3 T kg mm S3 K 10 3kg m S3 K 比热 c L2 t2 T mm2 S2 K 10 6m2 S2 K 热交换系数 Cv m t3 T kg S3 K 粘性系数 Kv m t L kg S mm 103kg S mm 熵 S m L2 t2 T kg mm2 S2 K 10 6kg m2 S2 K 质量熵 比熵 s L2 t2 T mm2 S2 K 10 6m2 S2 K 2 2 基本物理量采用如下单位制 基本物理量采用如下单位制 质量 m g 长度 L m 106m 时间 mS 10 3S 温度 K K 与 C 等价 各导出物理量的单位可推导如下 同时还列出了与 kg m S 单位制或一些常用单 位的关系 速度 v L t m mS 10 3m S 加速度 a L t2 m mS2 m S2 面积 A L2 m2 10 12m2 体积 V L3 m3 10 18m3 密度 m L3 g m3 10 21kg m3 10 12g cm3 力 f m L t2 g m mS2 10 3kg m S2 mN 牛 力矩 能量 热量 焓等 e m L2 t2 g m2 mS2 10 9kg m2 S2 10 9J 焦耳 压力 应力 弹性模量等 p m t2 L g mS2 m 109kg S2 m 109Pa 帕 GPa 热流量 功率 m L2 t3 g m2 mS3 10 6kg m2 S3 10 6w 瓦 导热率 k m L t3 T g m mS3 K kg m S3 K 比热 c L2 t2 T m2 mS2 K 10 6m2 S2 K 热交换系数 Cv m t3 T g mS3 K 103kg S3 K 粘性系数 Kv m t L g mS m 106kg S mm 熵 S m L2 t2 T g m2 mS2 K 10 9kg m2 S2 K 质量熵 比熵 s L2 t2 T m2 mS2 K 10 6m2 S2 K 由此可见 掌握了单位之间变换的方法 就可以根据自己的需要来选择合适的 单位制 更多的例子见表 1 表 2 给出了几种单位制与 kg m S 单位制之间的换算因子 表表 1 1 不同单位制的物理量单位不同单位制的物理量单位 序 号 参 数 名 单位量 纲 Kg m s 单 位 制 Kg mm s 单 位 制 T mm s Mpa 单 位 制 g mm s 单 位 制 1 长 度 L LmMm 10 3 m Mm 10 3 m Mm 10 3 m 2 质 量 M MKgKgT 10 3 Kg g 10 3 Kg 3 时 间 t tssss 4 温 度 T TKKKK 5 面 积 A L 2m 2 mm 2 10 6 m 2 mm 2 10 6 m 2 mm 2 10 6 m 2 6 体 L 3m 3mm 3 10 9 m mm 3 10 9 m mm 3 10 9 m 积 V 3 3 3 7 力 F M L t 2 N 牛 Kg m s 2 Kg mm s 2 10 3 N T mm s 2 N g mm s 2 10 6 N 8 密 度 r M L 3 Kg m 3 10 3 g cm 3 Kg mm 3 10 6 g cm 3 T mm 3 10 9 g cm 3 g mm 3 10 3 g cm 3 9 能 量 焓 热 量 M L 2 t 2 J 焦耳 N m Kg m 2 S 2 Kg mm 2 S 2 10 6 J T mm 2 S 2 10 3 J g mm 2 S 2 10 9 J 1 0 功 率 热 流 量 m L 2 t 3 w 瓦 J S kg m 2 S 3 kg mm 2 S 3 10 6 w T mm 2 S 3 10 3 w g mm 2 S 3 10 9 w 1 1 压 力 应 力 模 量 M t 2 L Pa N m 2 Kg s 2 m Kg s 2 mm kPa T s 2 mm MPa g s 2 mm Pa 1 2 导 热 率 k M L t 3 K J m s K Kg m s 3 K Kg mm s 3 K 10 3 Kg m s 3 K T mm s 3 K Kg m s 3 K g mm s 3 K 10 6 Kg m s 3 K 1 3 比 热 c L 2 t 2 K J Kg K m 2 s 2 K mm 2 s 2 K 10 6 m 2 s 2 K mm 2 s 2 K 10 6 m 2 s 2 K mm 2 s 2 K 10 6 m 2 s 2 K 1 4 体 热 源 h M t 2 L J m 3 Kg s 2 m Kg s 2 mm 10 3 Kg s 2 m T s 2 mm 10 6 Kg s 2 m g s 2 mm 1 0 Kg s 2 m 1 5 换 热 系 数 Cv M t 3 K J m 2 s K Kg s 3 K Kg s 3 K Kg s 3 K T s 3 K 10 3 Kg s 3 K g s 3 K 10 3 Kg s 3 K 1 6 粘 性 系 数 Kv M L t Kg m s Kg mm s 10 3 Kg m s T mm s 10 6 g m s g mm s 1 0 g m s 1 熵 SM L J K Kg Kg mm 2 S T mm 2 S g mm 2 S 72 t 2 K m 2 S 2 K 2 K 10 6 Kg m 2 S 2 K 2 K 10 3 Kg m 2 S 2 K 2 K 10 9 Kg m 2 S 2 K 1 8 比 熵 s 质 量 熵 L 2 t 2 K J Kg K m 2 S 2 K mm 2 S 2 K 10 6 m 2 S 2 K mm 2 S 2 K 10 6 m 2 S 2 K mm 2 S 2 K 10 6 m 2 S 2 K 表 2 不同单位制的物理量与 Kg m s 单位制的换算因子 注 序 号 参数 名 公制单位 Kg m s 单 位 其它单位转 换到 Kg m s 单位制 kg m s 单位 转换到 Kg mm s 单位制 kg m s 单位转 换到 T mm s Mpa 单位制 kg m s 单位转 换到 g mm s 单 位制 1 长度 Lm Kg mm s 数 值 10 3 Kg m s 数 值 10 3 Kg m s 数值 10 3 Kg m s 数值 10 3 2 质量 MKg g cm s 数 值 10 3 Kg m s 数 值 1 0 Kg m s 数值 10 3 Kg m s 数值 10 3 3 时间 ts Kg mm s 数 值 1 0 Kg m s 数 值 1 0 Kg m s 数值 1 0 Kg m s 数值 1 0 4 温度 TK Kg mm s 数 值 1 0 Kg m s 数 值 1 0 Kg m s 数值 1 0 Kg m s 数值 1 0 5 面积 L 2m 2 Kg mm s 数 值 10 6 Kg m s 数 值 10 6 Kg m s 数值 10 6 Kg m s 数值 10 6 6 体积 L 3m 3 Kg mm s 数 值 10 9 Kg m s 数 值 10 9 Kg m s 数值 10 9 Kg m s 数值 10 9 7 力 M L t 2N Kg m s 2 Kg mm s 数 值 10 3 Kg m s 数 值 10 3 Kg m s 数值 1 0 Kg m s 数值 10 6 8 密度 M L 3Kg m 3 g cm s 数 值 10 3 g cm s 数 值 10 6 g cm s 数值 10 9 g cm s 数值 10 3 9 能量 焓热 流 M L 2 t 2J Kg m 2 s 2 Kg mm s 数 值 10 6 Kg m s 数 值 10 6 Kg m s 数值 10 3 Kg m s 数值 10 9 10 功率 热流 量 m L 2 t 3w kg m 2 S 3 Kg mm s 数 值 10 6 Kg m s 数 值 10 6 Kg m s 数值 10 3 Kg m s 数值 10 9 11 压力 应力 模量 M t 2 L Pa Kg s Kg mm s 数 值 10 6 Kg m s 数 值 10 3 Kg m s 数值 10 6 Kg m s 数值 1 0 2 m 12 导热 率 M L t 3 K Kg m