有限元软件ansys培训教程第五讲ansys中的单元

1、ANSYS单元的选择单元的选择n杆单元（杆单元（link1，link8，link10等）等）n梁单元（梁单元（Beam188，beam189等）等）n壳单元（壳单元（shell63，shell181等）等）n块体单元（块体单元（Solid45，Solid187等）等）常用常用Link单元单元Link1单元单元 二维单元，可用二维单元，可用作杆单元，弹簧单元，连接单作杆单元，弹簧单元，连接单元元Link8单元单元 三维单元，可三维单元，可用作杆单元，弹簧单元，连用作杆单元，弹簧单元，连接单元接单元Link10单元单元 三维单元，具有三维单元，具有双向性质，可用作杆单元，弹双向性质，可用作杆单元，

2、弹簧单元，连接单元，拉压可不簧单元，连接单元，拉压可不同性质。同性质。常用梁（常用梁（Beam）单元）单元Beam3单元单元二维单元，每个二维单元，每个节点有节点有3个自由度（个自由度（2个平动，个平动，1个转动）个转动）Beam4单元单元三维单元，每个三维单元，每个节点有节点有6个自由度（个自由度（3个平动，个平动，3个转动）个转动）Beam188单元单元三维单元，三维单元，基于基于Timoshenko梁理论，考梁理论，考虑了剪切效应，每个单元有两虑了剪切效应，每个单元有两个节点个节点Beam189单元单元三维单元，三维单元，基于基于Timoshenko梁理论，考梁理论，考虑了剪切效应，每个

3、单元三个虑了剪切效应，每个单元三个节点节点梁单元的选择梁单元的选择nBeam3和和beam4单元不能自定义梁截面，只能通过单元不能自定义梁截面，只能通过实参数输入；实参数输入；nBeam3和和beam4单元需要手工输入截面特性，包括单元需要手工输入截面特性，包括两个主轴的惯性矩，高度，宽度，面积；对于所有截两个主轴的惯性矩，高度，宽度，面积；对于所有截面形式，模型中均显示为矩形，但并不是等效为矩形面形式，模型中均显示为矩形，但并不是等效为矩形。nBeam3和和beam4采用了直法线假定；采用了直法线假定；nBeam188和和beam189单元可以自定义截面数据，并单元可以自定义截面数据，并且有

4、很好的可视化功能，且有很好的可视化功能，ansys提供了提供了11种标准梁截种标准梁截面。面。nBeam188和和189单元考虑了梁的剪切变形；单元考虑了梁的剪切变形；常用壳单元常用壳单元Shell63单元单元三维壳单元，每个三维壳单元，每个节点有节点有6个自由度（个自由度（3个平动，个平动，3个个转动），适用于大变形。主要用于转动），适用于大变形。主要用于薄壳单元，不考虑剪切变形。薄壳单元，不考虑剪切变形。Shell181单元单元三维壳单元，可模三维壳单元，可模拟薄板和中厚板，每个节点有拟薄板和中厚板，每个节点有6个个自由度（自由度（3个平动，个平动，3个转动），适个转动），适用于大变形。考

5、虑了剪切变形。用于大变形。考虑了剪切变形。实体实体-壳单元壳单元nSolid-Shell单元单元 Solsh190为三维为三维8节点实体壳单元，是一种看上去象节点实体壳单元，是一种看上去象实体的壳单元，可以模拟从薄到中等厚度的壳结构，实体的壳单元，可以模拟从薄到中等厚度的壳结构，薄壳结构无需抽中面，直接划分单元，只需一层薄壳结构无需抽中面，直接划分单元，只需一层Solid-shell单元，并能保证精度。在横截面厚度急剧变化的单元，并能保证精度。在横截面厚度急剧变化的结构中，用结构中，用Solid-shell单元连接其他实体单元可以保证单元连接其他实体单元可以保证收敛和求解精度。这种结构在航空工

6、业中是较常见的收敛和求解精度。这种结构在航空工业中是较常见的结构形式，如蒙皮和结构连接件。该单元支持超弹性结构形式，如蒙皮和结构连接件。该单元支持超弹性，塑性和蠕变等非线性材料本构模型，还支持大变形，塑性和蠕变等非线性材料本构模型，还支持大变形，大应变和应力刚化效应。，大应变和应力刚化效应。块体单元块体单元Solid45单元单元三维实体元，每三维实体元，每个单元有个单元有8个节点，每个节点三个节点，每个节点三个自由度。适用于规则网格个自由度。适用于规则网格Solid187单元单元三维实体元，三维实体元，每个单元有每个单元有10个节点，每个节个节点，每个节点三个自由度。属于高阶单元点三个自由度。

7、属于高阶单元。适用于不规则网格。适用于不规则网格ANSYS中合并关键点和节点中合并关键点和节点Nummrg命令。该命令非常重要，对复杂模型必须进行的操作，可以消除模型中重复的图元（关键点，节点，单元等）。ANSYS中合并关键点和节点中合并关键点和节点菜单操作：菜单操作：实例实例1单元：单元：solid92材料：材料：E=3.0e6,v=0.3约束：底座四边固定约束：底座四边固定荷载：荷载：1、表面压力荷载、表面压力荷载0.15施加在底座上表面，施加在底座上表面，2、径向压力荷载轴、径向压力荷载轴孔下面：孔下面：5MPa操作步骤操作步骤1、创建基座模型：、创建基座模型：3132、移动工作平面，创

8、建孔、移动工作平面，创建孔 x，y，z分别移动分别移动2.25，1.25，0.75，转角为：，转角为：0，90，0操作步骤操作步骤3、创建圆柱体：、创建圆柱体： 半径：半径：0.375，高度，高度，1.54、复制圆柱体：、复制圆柱体： Dz=1.55、布尔运算生成孔、布尔运算生成孔操作步骤操作步骤6、Align工作平面到全局坐标系工作平面到全局坐标系7、创建支撑部分实体、创建支撑部分实体wpx=0，wpy=1,width=1.5,hight=1.75,depth=0.758、移动工作平面到支架的前表面、移动工作平面到支架的前表面9、创建支架上边的半圆柱模型、创建支架上边的半圆柱模型wpx=0，

9、wpy=0, r1=0, r2=1.5, theta1=0,theta2=90, depth=-0.7510、在轴孔位置创建两个半径不同、在轴孔位置创建两个半径不同的圆柱体，的圆柱体，半径分别为半径分别为1和和0.85，深度为：，深度为：-0.1875, -2.11、布尔操作形成轴孔、布尔操作形成轴孔11、创建三角形筋，并拉伸、创建三角形筋，并拉伸成厚度为成厚度为0.15的实体的实体12、镜像形成完整实体，并、镜像形成完整实体，并粘接到一起粘接到一起模态分析模态分析模态分析模态分析主要用于确定结构或机器部件的振动特性，同时也是主要用于确定结构或机器部件的振动特性，同时也是其他动力学分析的基础，

10、如谐响应分析，瞬态动力学分析及谱分析其他动力学分析的基础，如谐响应分析，瞬态动力学分析及谱分析等。等。模态分析一般包括以下四个步骤：模态分析一般包括以下四个步骤：1、建立模型、建立模型2、加载求解、加载求解3、扩展模态、扩展模态4、观察结果、观察结果在模态分析中必须要给定弹性模量，泊松比，在模态分析中必须要给定弹性模量，泊松比，密度密度。还需要指定。还需要指定模态提取阶数（除了用模态提取阶数（除了用reduced方法以外）；方法以外）；如果要得到单元结果，则必须打开如果要得到单元结果，则必须打开“Calculate elem results”选选项。项。如果要在后处理器中观察求解结果，则必须首

11、先扩展振型，即将如果要在后处理器中观察求解结果，则必须首先扩展振型，即将振型结果写入结果文件。振型结果写入结果文件。模态分析例子模态分析例子注意单位制问题：注意单位制问题： 国际单位制国际单位制 kg，mm单位制：密度应为：单位制：密度应为：T/mm3例题例题2-中心开孔方板模态分析中心开孔方板模态分析分析类型分析类型模态分析 目的目的测试模态分析结果 几何结构几何结构 长为1000毫米的正方形板，中心有一个半径为200毫米的圆孔 荷载荷载无 边界条件边界条件如图:四边简支 材料性质参数材料性质参数E=2.1e5, v=0.3, =7.8e-6 单元类型单元类型壳单元 截面参数截面参数厚度：1

12、0mm 例题例题3 轴对称结构分析轴对称结构分析某型压气机盘鼓结构件如图所示，在整体分析时不对叶片和压气机上的孔建模，将叶片的离心效果作为线分布力施加于轮盘的边缘。 约束X自由度约束Y自由度轴对称结构分析轴对称结构分析2n盘转速为盘转速为11373转转/分，盘材料分，盘材料TC4钛合金，钛合金，其弹性模量为：其弹性模量为：1.15e5MPa，泊松比为，泊松比为0.30，密度为，密度为4.48e-9 吨吨/立方毫米。立方毫米。n叶片数目为叶片数目为74个，叶片和其安装边总共产生的个，叶片和其安装边总共产生的离心力等效为离心力等效为628232N（沿径向等效），（沿径向等效），n这些力假定其均匀作

13、用于轮盘边缘。这些力假定其均匀作用于轮盘边缘。n位移约束施加于鼓桶上，在鼓桶的上表面施加位移约束施加于鼓桶上，在鼓桶的上表面施加径向约束，在鼓桶的侧面施加轴向约束径向约束，在鼓桶的侧面施加轴向约束选择单元选择单元选择选择PLANE 42（ansys11.0以前版本）单元（注意，在以前版本）单元（注意，在solid类型中找），类型中找），ansys12.0以后版本用以后版本用PlANE 182单元单元定义单元选项定义单元选项单击单击Options 按钮，弹出如图按钮，弹出如图 所示的所示的PLANE 42/182 options设置对话框，对设置对话框，对 PLANE42/182单元进行设置，使其可用于分析轴对称结构。单元进行设置，使其可用于分析轴对称结构。建立几何模型建立几何模型n定义材料属性过程略定义材料属性过程略n在轴对称分析中，要求模型必须位于总在轴对称分析中，要求模型必须位于总体体XY平面内，而且对称轴必须是平面内，而且对称轴必须是Y轴。轴。n生成轮廓所需的关键点。生成轮廓所需的关键点。建立几何模型建立几何模型2把生成的关键点按照顺序连成直线，并作两条切线，最把生成的关键点按照顺序连成直线，并作两条切线，最后用这些线生成平面。后用这些线生成平面。建立几何模型建立几何模型3最终几何模型最终几何模型载荷及约束载荷及约束n轴对称结构输