ANSYS中的表面效应单元

1、ANSYS中的表面效应单元使用表面效应单元施加载荷*有时，可能需要施加所使用单元不支持的表面载荷，例如：可能需要在实体 结构单元上施加沿表面切向或任何方向的均布载荷； 在热实体单元的表面上同时 施加热流载荷和对流载荷，或者施加指定的辐射，等。在这种情况，可以用表面 效应单元覆盖需要施加载荷的表面并使用它们作为一个管道以施加所需的载荷。*目前可以使用的表面效应单元：对二维问题：SURF151和SURF153 ;对三维问题：SURF152 和 SURF154。*怎样施加如下的压力荷载：-像剪切荷载一样与表面相切的荷载？-像螺栓荷载一样在表面上变化的荷载？-像屋顶上冰载荷一样与面成一定角度的载荷？-

2、像水压一样的非均布压力载荷？*表面效应单元为处理这些问题提供了有效的方法。表面效应单元的特点：*像皮肤”一样覆盖在网格表面*如同面载荷的管道*很容易创建，一般操作过程如下：-选择感兴趣表面上的节点；-激活恰当的单元类型；- 执行 ESURF (或 Preprocessor > Create > Elements > Surf Effect > Ge nerlSurf > No Extra；-)选择所有节点，定义 SURF单元对2-D和3-D模型都有用：-SURF151 & 153是线单元（热和结构的），表示2-D模型的边界线 -SURF152 &

3、154 是面单元（热和结构的），表示3-D模型的边界面 本节只讨论SURF154，其它单元可同样处理。SURF154 单元，详见参考手册中的描述SURF154使用不同的单元面号来接受不同类型的载荷。面号在“ Apply PRES on elems对话框中：Soluti on > Difi ne Loads > Apply > Pressures > On Eleme nts ，如下所示。 或在SFE 命令的LKEY 范围内：SFE, ELEM, LKEY, PRES, , VAL1, VAL2, VAL3, VAL4 App中 FRE5 un clcinsLSFE Rp

4、plij FEES or eLems 附 目TfXEY Load 也w usually faceno.I fv<hoi>:HALUE L施I PRES veilueLoadlPRESatndnodeUAL3LdolAPRESaft3rdnodeJAL4LdaiIPKESat4rlin d deOptional FKE5 良匸 othe? face noAes ileAt blank fon* uniF4irm PHES )1* 假设给一组SURF154单元施加幅值为1000的压力，它的方向取决于使 用了单元的那一个面。其中：面1 :-法线方向的压力。-正值作用到单元里（沿着单元坐标

5、-Z的方向）。-例如:sfe,all,1,pres,1000 （选定所要的单元之后）面2和3:-切向压力，分别沿着单元坐标X和丫-例如：sfe,eflat,3,pres,1000sfe,eslope,2,pres,1000（eflat和eslope 是由单元构成的 Component）面4:* 法向压力，渐变压力：压力数值 =P1 + Xg P2 + Yg P3 + Zg P4-P1-P4 被列入 VAL1-VAL4 （SFE 命令）-Xg,Yg, Zg是单元积分点的笛卡尔坐标.-P2, P3, P4分别是总体坐标中的斜率，若留空白缺省为P1* 正值作用到单元里（沿单元坐标 的方向）。* 例如

6、,施加一沿X方向、大小从200至V 1000的渐变压力，作用范围 在X轴上的-2到+2- 斜率 P2 = (1000-200)/4 = 200; P3 = 0; P4 = 0- P1 是在 Xg=0 处的值，按 P1= 2 (200) + 200 = 600计算sfe, eflat, 4, pres, , 600, 200, 0, 0面5:指定方向的面载荷P1 -数值的压力矢量P2Xg+P3Yg + P4Zg方向P2, P3, P4 -现在代表矢量的方向余弦，对数值无影响 例如：sfe, eflat, 5, pres, , 1000,-1,-1,0定义了 X-Y面内45度方向的压力压力矢量的幅

7、值也依赖 KEYOPT(11)。KEYOPT(11)=0 (缺省)和1给单元的突出面施加压力- 对螺钉荷载有用(或销钉荷载)。- 例如：sfe, ecurv, 5, pres, , 1000, 0, -1, 0在曲面上定义了一个螺栓荷载。如下图位置1轮廓线所示-KEYOPT(11) = 2 对整个面施加压力- 对斜面有用(如屋顶)或风载荷。- 如：sfe, eslope, 5, pres, , 1000, 0, -1,0对整个斜面定义了完全相同的压力。如下图所示:其他表面效应单元的应用：* 实体单元的扭矩- 借助修改的单元坐标系施加切向荷载。- 对轴和螺钉问题非常适用。* 热描述(SURF15

8、1 & 152)有许多内容，包括：- 传输到一维管道单元FLUID116的热量。- 通过一个面的热量损失的简便计算。- 辐射。表面效应单元例题1 :-在斜面上施加指定方向的载荷-创建有限元模型时，应同时定义单元类型SURF154 :也gS P Eeprocess ot? EloMntfyp® /Aglrt “型比：7PA±对 idd DO!5 Kciavc IjUFb3 Fl f «rh Cnml ri3 Ktnl Cwitrl dal af (L MatcrivlT SrclionsS Kud* 1£a| 囚 lerhiTi(LQtrlar i

9、n er1訴二 Ar r-n i v>- ki>L-|k*i i Ccupllng J Cetmield Sei 血 T,riJid Ei Fhyif icvi *ath OpoH %丄 u+ifin1*5brFtry cF r?lcwient Tpcs,亦 Pm<iLfn,| i厂iEI*hm£ typt tefertikt kiljuLh恥飞 chjvr,M LL:n?4k Iyp：iClApply辟艸FI.LL4 Pnr 7 riiT- JsoitCjilc«L?klp然后选中surf154单元，设置相关的选项:Il wriU口 Prsf冋卩冃卩rn

10、cessnr 卉书荻* Try岳e氓胡总间EBT!裔 Switch lilaa. ryp< Q知竝DDF 锐 k.«bov* roc 冋 El*> rechIk RzT Cans t5l laleiial Frt>ui3 Scctionj *O(UtliAE5) Bnshzing ChtdiDs Ge*"aCtrl»K Archive Indel 可 CduuIuic / CcqnD KOiltsl-f L41d 央卡 De3 Lovlf3 PhjBicaHI Path Opai-iTlaB-ffHi«n朗泊 Pn£ li r

11、 d Ctlift5, SI JEF I 5 + ftl enent t ype op! i onsjRiIF：F "* "1 nft-1 <DefinedrjFpeeiKi l li HOe= of Mnr.al -IL uis def UcHFt bs ut*r*nr nri i>ritutif!ii 怕i-t-"a 亠.HUPeLmjieml imnkiil "ther._t poster cnitod p*3*cutath.=s ua Jb l>：6l： aligh«c vith.Htelp-SURF154单元及其单元

12、坐标系：起构成单单元坐标系的x轴从节点I到节点J;节点K与节点I、J 元坐标系的XY平面，然后由右手定则确定 Z轴：-所用的模型如下，在其中某个表面上施加压力载荷。以下说明对单元选项的 不同设置所产生的表面压力：设置单元长度为20使用solid95单元，对实体划分网格。为了使用MAP方式划分网格，先将整个体切分为3个六面体丄丄TTi JUM袋IuC aA3> »|B SBartSizePt 屯pitMJ!世岂!JLIl '0 ReaJL Ccmst a_ikts田 lateriL Pt &ps0 SGt idlLSBL 盟田丹3?h AtTr iIiiiTpi圈

13、亡芸hT 11w_JiwGaTzc ETToEFI/El.irirs5 CCTWCT亘 Ej 士 _Prepr-ncsaaT'X BIwbvjib T /p4 回 K*nl Conyliint 岸 fB l-nt nr i.«l PinpA H Sef fi dflifr F tiJiJtfljjgy fa trMh meji tcibnwcs 冃 KsJiToo 1S kb Cnlr1r 口Bffhcr Opts w 广j刑尸单弋宦口轉凰 k_h 尹 a I Tfc-t 罗 110«3J®¥nl I KB KSO aoMAK5T? Winosv

14、s Z Mm- 以map方式划分网格:-以下米用不同的单兀设置，对表面 6 （图中A6）施加压力载荷:n crfi i-i nes 沪 Cpj Divs JB FLi> BlmElEloont S iao s on All Solootcd LlaoaKcsh Volumes- q "T urnr wf tti je i rQI Deft CoiBC&t15 7-ouib tr £«>«：*-|；1B Tftt leflh Krni Lntorf&GV leah E l<CiJlify 1。注 S&TV/1&am

15、p; 广 1M*rn艸锂 L eil4-LWShuir jnqio opt i idjwEffiT = QVO1U uo_ *圧 LUf C G f l/ZQ-LIESIZE ELkent fizzes or. 71 sclrt-cNDHNo* -jf slensm JiAlsiwisKWiLV5FACESfidCint ral Lo1ar zr d)CsicelNr 叩 i. ri->UiHmiEiiifiimioiMVt ml 耳口 longlh(OIV is used only tf SIZE is-SIZEfliilV1 cari bd charig&l-创建表面效应单元

16、：先选择表面A6 :Select > Area > 点取 A6 > OK-然后选择附着在这些面上的节点:Select > Nodes > Attached to > Areas,all > Apply- 绘制所选择的节点:由节点生成表面效应单元，先设置单元属性。单元类型设置为SURF154，其余根据实际情况选择:AN5T5 ffAin TT-nuIS lsli AtT ri-but ee0 Real Cuiut aiiiLs E Bat etifil Prj&ps E Sectionsl£| 口4 會JLEl 抵|丄君色£皑

17、11亡亡曙_ jGP f «pi uLetiE yFFW；可ml£Sanfteyiiijziti aPicked. EPs.All LincsJill Ar e-asPirtRdAll 7ulu«ePidted Tai linesH Volue Krick Orient Gahloolize Cn't rJLsBqqIicik OplgC Micat enal 0esTi-由节点生成表面效应单元，可以使用Pick All选项:lodolinc a gg- oSEoiua 一 11LZCJfcdq fiu. * In二共g瓷話AlaN7tj Til7i Ig

18、E I? I n Ji 耐 n! 了 ”yi 軽F Rral Cunjlaitt 5 H eiUFF2«e rCircleJI KpyrmnTfl33 Li ivr a31 Aii-hx3 VoLuaesjl Ml .r lr,_ItlfliBflWt 32Ki an At fx xb at ob aJdAtc tuitiereLdLF址ETu FtiJ F"Surf EffectE Gsncxl Su 1:face 护宦I Icd3 te Snrt昭 HEic幻 Sp n<Vfl d 圏 Pi k%heh! inn SI Vscr ffualjcrcdI ¥

19、;1 lie EJL» Filecat c > fladLc11旅1F “施/H=gf£isft1-r K蠱兴才 Th.c所生成的表面效应单元:NUDSh注意舟如果生成表面效应单元时出现如下错误信息，贝 需要选择覆着在所选节点上的单元，才能生成表面效应 单元丨M 即Fvrn 1 n g* From FullUn询4i曲S clc AHSrirlpfr iUfii'Hf! E广 R&«dcaAlwu SelacW PrCancel Hi Nu wifnE畔比山L$tuL厲占看Loluv* X*1 »"n#»nt 囂

20、t hss all of its nodE:Close ；-.LU l. L K -i. 1 U1对于surf154 单元的不同选项，压力方向是不一样的。首先将压力坐标系设为单元坐标系，看压力方向什么样:P5 Jk clicr C3U7C3-a rLJtMEdU/E>9lr tr rcproceusa-r ifc lilLEEirt tjTne 】；irKPlS4 elI e M n 1E 1 ype cjpt i c*nsirr.s far 5UX?IMr E Lea entm-3 Add DOFJ9 Rdkwc DOFs3 £1ca Tech CerktiE Kcakwts

21、C lai»rid! Vr«pa 国 Zfactionf凹 Kodtli环gE "】；nf；(F Checki»e Cl I ImE f1:tabr r int; Cf 1 Xcclhi'n oticJ.T Caupl inc / Ceqn T lultitmlil Set 匚i LaiJsUd Pliyffi cs田 Farth peEatanf GE Halut i-om(3 G rffsi al r(j!ti n i cic!p T m r U* i I D i a ILLsnon-t C2-ti 1n !> g« g no

22、aligned ui.th.pr-53- :ppLtrj v'Jrtl -IE Ll.ItZlelLld Ivusii?7OC?ie;a；rD cbirdiiul jystcnflrice ncd»ILt =£Z p-L-csj lc a<lc：.irjJlhM*哼 4*J».ken v：7t&v oricntcitioci mnthv 曰”叔 rvrna七应LcL：ts弘psurf154单元的单元坐标系:-然后先选择并显示表面效应单元，再在表面效应单元上施加不同的压力，在 如下选择框中点击Pick All :defineFT环他皿2加DLi

23、nesAreasKuii世岀.U15Y5 Kair ffrrni*PP1FB Sttuclucalr "PicLciwi r尹TTJFlEin云而厂Co*pgB Ftm Jlni An a 1>J3 Or HousE ToifjaEaturoE InBEtlaH Pr*<<nsH fiadn3 (Rn P unr Strnin!3 OtherS Field WoJ-rae Intr 囲 Tut=£ al Cond±t9iiApj y FKRS-选择不同的Load Key，可以施加不同方向的载荷。当压力坐标系为单元坐标 系时：1 -z）单元表面的法

24、线方向；2 -+x）切线方向；3 -+y）切线方向；4 -（-z）法线方向，线性变化；5 -指定矢量方向：CApu I r PURS on 町 lonfs-压力坐标系为单元坐标系时，不同的Load Key对应的载荷方向:为了让压力坐标系使用局部坐标系，需要先修改受载单元的单元坐标系为对应 的局部坐标系，操作如下：iu 心rlrVtf/n+lM；1 Ament Tfy El eiLPm >sAdtL . sD e lei eClc<c«SLKf lt4Ct r ia :etri«E Add MF E3 Reatove DOFjsSI tilSB. Tscils.

25、Cent I 国I Rob>1 C oust atnl: e IB lat erial : 田 SecTi oils E lodeli ns S leshijLg; E Chcckinf 1 S Hmbar Ld A rchxra loilol 国 CoupLinc / C«qn 置ulti-flAld £M E Fl tosds R FhyarE" Fl Path ODratiwsE Soijiit laitQ G em eraJL P etpr ocr t c i»MD.t ip-t< E2邛A Kat.讥* ?HSURF154typt?

26、 vpl lquu国崗"gLgtatBodCS /EleRrfJLlj2将压力坐标系设为局部坐标系，看压力方向什么样:-然后在表面效应单元上施加不同的压力，先显示表面效应单元，然后点击PickAll :於在 h. HnuFf irf 巧厂tiTi上fi咒宦直也算廿豪廿UI/ 1.im1 i f J2)Qri R iABtm lyp*S Real Const uit b E 14tG£ L<1 r E QP3 珂 SeuLiujm _辺 I eypainjr 尹Lifics® Ari»M TipIukk3CLTCrTateAUrifL r.*i ft

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28、Ipetian lo-ipd stpsfreSi vector er Lent ation onniLLLXtLllIf vJlaif dj i»k(d; pieaf Si'hr rlrn?: t ;il i iiaJ tL 邑li ad itmid withJW5Y5 Hmr PkmApply PKKS .E Fivfvi«at=es E Pi «|*r ncRff s n rE Snlut im厶mh I TTJTl X Fi *rrngpli rQr(Tpef i&e L oal3 /Tlpply-I B SlruGliu J003L± JJi spL»c«ent EXJH On Lmsz护 On AreasJI Cn ludtfr戈刊 * 鼻1'M'.!； J nii r ii:rs/ ImpntWl HjUIIC&#