ansys建模shell63单元详解

1、Shell63单元描述名称：SHELL63_弹性壳单元 有效产品：MP ME ST PR PP EDSHELL63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

2、命令可以 将SHELL57和SHELL157单元转换为 SHELL63单元。图1 shell63几何描述F = Element x-axis： if ESYS is not siipphecl.x = Element x-axis 11 ESYS 也 suppliecLSHELL63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

3、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。AD

4、MSUA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（18）角点，第一个角点

5、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

6、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转动刚度一一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

7、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 In put （单元输入）。SHELL63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）（四个角点厚度）实常数：TK(I), TK(J

8、), TK(K), TK(L),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 (

9、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KEYOPT0 -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NLGEOM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PSTREQN.)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

10、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 ofthe ANSYS Theory Refere nee.KEYOPT(5)0 -基本的单

11、元输出2 -节点应力输出KEY0PT(6)0 -减缩压力荷载(如果 KEY0PT(1) = 1 ,则必须打开)2 -协调压力荷载KEY0PT(7)0 -协调质量矩阵1 -减缩质量矩阵KEY0PT(8)0 -“近似”协调应力刚度矩阵(默认)1 -减缩应力刚度矩阵KEY0PT(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 ) KEY0PT(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1 SHELL63实常数No.NameDescript

12、i on1TK(I)结点1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6nTHETA单元X轴旋转角7RMI弯曲惯量比8CTOP中面到顶面的距离|No.NameDescripti on9CBOT中面到底面的距离|10, ., 18(Bla nk)-19ADMSUA附加质量/单位面积SHELL63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

13、。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 BasicAn alysis Guide图2 SHELL63应力输出艺口 = Elaneiit x-iras if ESYS is not supplied.x = Element x-axis: if ESYS is： supplied.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

14、解，其中说明了使用该项的条件；而减号“-”表示该项不可用。表2 SHELL63单元输出定义NameDefin iti onOREL单元号YYNODES节点-I, J, K, LYYMAT材料号YYAREA面积YYXC, YC, ZC结果输出点位置YPRESP1 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, LYYTEMP温度 T1, T2, T3, T4, T5, T6, T7, T8YYT(X, Y, XY)平面内单兀X, Y,和XY集中力YYM(X, Y, XY)单元X, Y,和XY弯矩Y

15、YFOUND.PRESS地基压力(如果非0)Y-LOC上表面，中面，or下表面YYS: X, Y,乙 XY合成的弯曲和模的应力YYS: 1,2, 3主应力YYS:INT应力强度YYS:EQV等效应力YY1.只有在质心作为*GET项时可用表3 SHELL63混合单元输出项Deseripti onNames of Items OutputORNodal Stress SolutionTEMP, S(X, Y, Z, XY), SINT,SEQV1-1、如果KEY0PT(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

16、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“TheGeneral Postprocessor (POST1) ”和“ The Item and Sequenee 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；l,J,K ,L节点I,J,K,L处数据的序列号。表4 SHELL63输出项和序列号输出量名称ETABLE 和ESOL命令输入项EIJKLTXSMISC1-TYSMISC2-TXYSMISC3-MXSMISC4-MYS

17、MISC5-MXYSMISC6-P1SMISC-9101112P2SMISC-13141516P3SMISC-1817-P4SMISC-2019-P5SMISC-2221P6SMISC-23-24TopS:1NMISC-161116S:2NMISC-271217S:3NMISC-381318S:INTNMISC-491419S:EQVNMISC-5101520BotS:1NMISC-21263136S:2NMISC-22273237S:3NMISC-23283338S:INTNMISC-24293439S:EQVNMISC-25303540SHELL63假设与限制单元不能o面积。这种情况经常出

18、现在单元被非正常计数时。o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 KEY0PT(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Tri