Ansys中文帮助-单元详解-SHELL99

SHELL99可以用于分层壳结构。但不像SHELL91具有非线性特性，它具有更小的elementformulationtime.SHELL99最多允许有250层。如果大于250，可以通过用户自定义矩阵实现。元素每个节点有6个自由度：X、Y、Z方向平移和绕X、Y、Z轴转角。详情参看ANSYS,Inc.TheoryReference里的SHELL99Figure99.1SHELL99几何形状xIJ=Elementx-axisifESYSisnotsupplied.x=Elementx-axisifESYSissupplied.LN=层数NL=总层数SHELL99输入数据几何形状，节点位置和坐标系如图Figure99.1:"SHELL99Geometry".元素有8节点，平均层厚度或角层厚度、层铺角（layermaterialdirectionangles）定义，为各向异性材料MeshingGuide的QuadraticElements(MidsideNodes)获得关于使用中节点的信息。三角形可以通过定义相同节点号来形成。比如K,L，O均为同一节点。下图显示元素方程和应力恢复时间与层数的关系。WhileSHELL91在层数小于3时，需要较少的时间。当大于3层SHELL99则需要较少的时间。定义弹性地基刚度（EFS）是因为压力需要，用来产生一个地基单位法线位移。EFS如果小于或等于0，则弹性刚度能力则被忽略。ADMSUA为单位面积上的附加质量。输入可以通过矩阵或层的方式，由KEYOPT(2)决定。如果是矩阵形式，则矩阵必须在ANSYS外计算。参看ANSYS,Inc.TheoryReference.简单的说，应力-应变和力矩曲线关系定义了通过厚度线性应变变化的矩阵，(KEYOPT(2)=2)可以定义为:这些定义方式参看ANSYS,Inc.TheoryReference.子矩阵[A]通过实数常输入:子矩阵[B]和[D]同样。注意，所有子矩阵都为对称矩阵。{MT}和{BT}用于热效应。实数常还包含元素平均密度(AVDENS)和元素平均厚度(THICK)。当KEYOPT(2)=2or4时，作为平面单元会比作为曲线单元得到更好的结果，这种情况下，中节点在中心会被重新定义在连接角节点的直线中间。如果KEYOPT(2)=3,矩阵[E],[F]和{QT}包含二次效应，而且中节点不重新定义。如果KEYOPT(2)=4,横剪力一项，例如,A*TRSHEAR中，输入TRSHEAR默认值为1000.0。"SHELL996AssumptionsandRestrictions"指出使用矩阵输入的限制。当以矩阵输入时，无应力，热应变和失效准则。对于非矩阵输入，单元坐标系定位在CoordinateSystems中描述。每一层的局部坐标系定义如图Figure99.2:"SHELL99StressOutput"所示。层数由1到250。在这个局部右手坐标系中，X轴被旋转一个角度THETA(LN)(按度计算)，方向从X轴向Y轴。必须指定总层数(NL)。所有层的特性必须被指定(LSYM=0)。如果元素中层的性质关于中间层对称(LSYM=1)，可以指定义一半，从最外层定义到中间层（包括中间层）。所有层都有可能被输出，而且有两个层可能被明确指定要被输出。(LP1和LP2,LP2的可能性更大).每个层平面单元的材料特性可以是正交各向异性。实常数MAT代替MAT命令用于定义层的材料号。如果没有输入，则MAT默认为1。材料的X方向和局部层坐标系的X方向相同。用TREF和BETAD命令分别定义全局参考温度和阻尼。也可以用MAT命令为element-dependentvalues指定参考温度(MP,REFT)或阻尼(MP,DAMP)。由于这个目的，层材料号被忽略。每一个薄壳层可以通过选择KEYOPT(2)=1使其有一个变化的厚度(TK)。在层面假设厚度是按照双线性变化的，厚度在角节点处输入。如果层厚度不变只需输入TK(I)即可。如果厚度不是常数，四个角的厚度都需要用正数输入。每个壳单元的总厚度必须小于两倍的曲率半径，最好小于曲率半径的1/15。你可以指定节点在单元的顶部、中间或底部。通过节电偏移选项(KEYOPT(11))进行。这是一方便的选项。例如，当建立层数不断减少的层合板模型时，顶面或底面位置比中间平面更适合用来定义节点。如Figure91.4:"SHELL91BottomSurfaceNodes"所示。你也可以定义两个单元共用同一节点，而每个单元的KEYOPT(11)设置不同，如Figure91.5:"SHELL91CommonNodeElements"所示。失效准则通过输入数据表[TB]选择,参看Table2.2:"OrthotropicMaterialFailureCriteriaData"。有三个预定的准则，同时可以子程序添加ANSYS,Inc.TheoryReference到6个用户自定义的准则。参看的FailureGuidetoANSYSUserCriteria获得关于三个预定失效准则的说明。参看ProgrammableFeatures获得关于子程序的说明。失效准则也可以在POST1中计算(用FC命令)。所有涉及失效准则的作为元素输出数据的一部分，基于TB命令。单元载荷在NodeandElementLoads中描述。压力可以作为面载荷加载在单元面上。边压力作用在节平面上如图Figure99.1:"SHELL99Geometry"中带圈的标示3到6所示。质量矩阵假设有节平面产生。取决于KEYOPT(11),节平面可以在中间平面、上面、底面。正压力作用在单元。边压力可以作为力/单位长度输入。温度可以在“角”处（1-8）(如图Figure99.1:"SHELL99Geometry")作为体载荷输入。第一个角温度T1摩认为TUNIF。如果其它温度没有指定，都默认为T1。如果只有T1和T2输入，那么T1可以作为T1,T2,T3，T4的默认值,T2(输入的)作为T5,T6,T7,T8的默认值。对于其它的输入项，未指定的温度皆按照TUNIF。单元摘要在"SHELL99InputSummary"中给出。单元输入一般说明在ElementInput给出。SHELL99输入摘要节点:I,J,K,L,M,N,O,P自由度:UX,UY,UZ,ROTX,ROTY,ROTZ实常数参看表Table99.1:"SHELL99RealConstants"来获得shell99实常数的表述。材料特性如果KEYOPT(2)=0或1,提供如下13*NM性质。NM是材料号。(NL为最大值):orEX,EY,EZ,ALPX,ALPY,ALPZ(orCTEX,CTEY,CTEZTHSX,THSY,THSZ),(PRXY,PRYZ,PRXZorNUXY,NUYZ,NUXZ),DENS,GXY,GYZ,GXZ,foreachoftheNMmaterials.如果KEYOPT(2)=2,3或4,无.为元素提供DAMP和REFT特性。(用MAT命令赋予材料特性。).参看"SHELL99InputData"的更多详细说明。面载荷压力--face1(I-J-K-L)(bottom,in+Zdirection),face2(I-J-K-L)(top,in-Zdirection),face3(J-I),face4(K-J),face5(L-K),face6(I-L)体载荷温度--T1,T2,T3,T4,T5,T6,T7,T8ifKEYOPT(2)=0or1NoneifKEYOPT(2)=2,3or4特殊特性应力刚化大挠度KEYOPT(2)输入形式:0--常量厚度层输入(最多250层)1--锥形层输入(最多125层)2--6x6矩阵输入，使用线性（matrixinputusinglinearlogic）3--6x6矩阵输入，使用二次logic4--3x3矩阵输入，使用线性logicKEYOPT(3)额外元素输出:0--基本单元输出1--积分点应变输出2--节点力、力矩在元素坐标系上输出3--力、力矩单位长度输出(指存在于KEYOPT(2)=0、1的情况)4--上述三项均包含KEYOPT(4)元素坐标系定义:0--无用户子程序定义元素坐标系4--元素X轴由用户子程序定义5--元素X轴和层X轴由用户子程序定义注意GuidetoANSYSUserProgrammable关于用户子程序请参看FeaturesKEYOPT(5)应变或应力输出(和KEYOPT(6)一起用):0--应变结果被使用1--应力结果被使用2--应变应力都被使用KEYOPT(6)额外元素输出(只对层输入)(用于控制输出):0--基础单元输出，也用于失效准则输出1--和0时一样，同时还输出层间剪切应力2--和1时一样，同时输出在底层(或LP1)和顶层(或LP2)积分点的层解3--和1时一样，同时输出每层质心的解和层间的剪切应力的解4--和1时一样，同时输出所有层角节点的解和层间剪切应力的解5--和1时一样，同时输出各层各积分点的层解的失效准则值和层间剪切应力的解Note对于矩阵输入方式，不存在应力、热应变、和失效准则。KEYOPT(8)层数据的存储:0--存储底层地面和顶层上面的数据。同时存储最大失效判据层数据。1--存储所有层的数据.注意体积数据存储可能过多。KEYOPT(9)定义在层的那个位置评价应变、应力和失效准则。(只在KEYOPT(2)=0或1withNL>1时存在):0--每层的顶部和底部对应力和应变评价。1--在每层的中间KEYOPT(10)材料特性矩阵输出:r

0--无1--输出元素号是1的通过厚度积分的材料特性矩阵，如果元素1是shell99的话。2--同1，但如果KEYOPT(2)=0or1,同样写矩阵就像KEYOPT(2)=2时的RMODIF命令3--同1，但如果KEYOPT(2)=0or1,同样写矩阵就像KEYOPT(2)=3时的RMODIF命令KEYOPT(11)节点偏移选项:0--节点在中间面1--节点在底面2--节点在顶面Table99.1SHELL99实常数编号名称描述如果KEYOPT(2)=0,有下列12+(3*NL)个实常数:123456NL层数(250maximum)层对称标示（Layersymmetrykey）第一层输出第二层输出弹性地基刚度为单位面积加质量--LSYMLP1LP2EFSADMSUA7...12(Blank)131415161718MAT层1的材料号层1的X轴转角THETATK层1的厚度层2的材料号层2的X轴转角MATTHETATK层2的厚度19...12+(3*NL)MAT,THETA,etc.为每一层重复MAT,THETA,和TK(直到最后一层)如果KEYOPT(2)=1,有下列12+(6*NL)个实常数:12345NL层数(250为最大值)LSYMLP1LP2EFS层对称标示（Layersymmetrykey）第一层输出第二层输出弹性地基刚度6ADMSUA为单位面积加质量--7...12(Blank)131415161718MAT层1的材料号THETATK(I)TK(J)TK(K)TK(L)层1的X轴转角层1在I节点处的厚度层1在J节点处的厚度层1在K节点处的厚度层1在L节点处的厚度19...12+(6*NL)MAT,THETA,etc.为每一层重复MAT,THETA,TK(I),TK(J),TK(K),和TK(L)(直到最后一层)如果KEYOPT(2)=2,有下列79个实常数:A(1)...A(21)子矩阵A22...42B(1)...B(21)子矩阵B子矩阵D1...2143...63D(1)...D(21)64...69MT(1)...MT(6)MT矩阵70...75BT(1)...BT(6)BT矩阵76777879AVDENSTHICKEFS元素平均密度元素平均厚度弹性地基刚度为单位面积加质量ADMSUA如果KEYOPT(2)=3,有下列127个实常数:1...21A(1)...A(21)子矩阵A22...42B(1)...B(21)子矩阵B43...63D(1)...D(21)子矩阵D64...84E(1)...E(21)子矩阵E85...105F(1)...F(21)子矩阵F106...111MT(1)...MT(6)MT矩阵112...117BT(1)...BT(6)BT矩阵118...123QT(1)...QT(6)QT矩阵124125126127AVDENSTHICKEFS元素平均密度元素平均厚度弹性地基刚度为单位面积加质量ADMSUA如果KEYOPT(2)=4,提供如下30个常数:1...6A(1)...A(6)子矩阵A7...12B(1)...B(6)子矩阵B13...18D(1)...D(6)子矩阵D19...21MT(1)...MT(3)MT矩阵22...24BT(1)...BT(3)BT矩阵252627AVDENSTHICKEFS元素平均密度元素平均厚度弹性地基刚度282930ADMSUA为单位面加质量--(Blank)TRSHEAR横剪力更多关于实常数和其他输入数据信息，参看SHELL91.失效准则在FailureCriteria.SHELL99输出数据与单元有关的结果输出有两种形式:整个节点解中的节点位移。另外的元素输出参看Table99.2:"SHELL99ElementOutputDefinitions".••一些项在Figure99.2:"SHELL99StressOutput"阐述.元素应力方向与层局部坐标系相同。有多种不同的层输出选项可供选择。对于积分点的输出，积分点1最接近节点I，积分点2最接近节点J，积分点3最接近节点K，积分点4最接近节点L。失效ANSYS,Inc.Theory准则输出只有在平面内的积分点才进行评估。(参看Reference).在层输出后，如果KEYOPT(3)=3or4，全部单元的面内力和力矩会被列出。参看Figure99.2:"SHELL99StressOutput".力矩包括方向沿X(MX)、Y(MY)轴和扭矩(MXY)。力和力矩在元素坐标系下通过单位长度计算得到，将结果合并是对所有层的。如果该单元的KEYOPT(3)=2或4,每个节点总共6个力和力矩也会被输出（在元素坐标系上）。KEYOPT(8)以用命令访问的输出数据总和。关于解的输出的一般说明在SolutionOutput中查看.ANSYSBasicAnalysisGuide获得更多观察解的方式。LAYER或LAYERP26参看Figure99.2SHELL99应力输出x=Elementx-axisifESYSisnotsupplied.IJx=Elementx-axisifESYSissupplied.元素输出定义表使用以下符号：在NAME一栏中冒号表示能用部件名路径进入的项[ETABLE,ESOL]。O一栏表示可从文件Jobname.OUT中获得的项。R一栏表示结果文件中可获得的项。无论在O或者R栏，Y表示该项总是可获得，表脚注中的数字表示该项在某种条件下可获得，a表示该项不可获得。Table99.2SHELL99元素输出定义名称定义ORYYYYYY1-Y11EL元素号NODES节点-I,J,K,L,M,N,O,P体积VOLU:TTOP,TBOTXC,YC,ZC底面和顶面的平均温度单元质心PRES压YY力:P1atnodesI,J,K,L;P2atI,J,K,L;P3atJ,I;P4atK,J;P5atL,K;P6atI,LTEMPINT温度T1,T2,T3,T4,T5,T6,T7,T8积分点号YY2-POSTop(TOP),Bottom(BOT),Midthickness(MID)of2-elementXI,YI,ZINUMBER积分点全局坐标X,Y,Z层号2-1-,3MAT层材料号层铺角(THETA)层平均厚度1-,3THETA1-,3AVETHICK3-1-,ACCAVETHICK累计平均厚度(从第一层到这层的厚度)3AVETEMPPOS层平均温度3-Top(TOP),Bottom(BOT),Midthickness(MID)oflayer(s3-eeKEYOPT(9)forcontroloptions)LOC中心点位置(average)(ifKEYOPT(6)=3)1-,3NODEINT角节点号(ifKEYOPT(6)=4)1-,3积分点号(ifKEYOPT(6)=2or5)1-,3S:X,Y,Z,XY,YZ应力(在层坐标系),XZ1Y,4S:1,2,3S:INT主应力1-,4应力强度平均等效应力1-,4S:EQV1-,4EPEL:X,Y,Z,XY塑性应变(在层坐标系下),如果KEYOPT(2)=2或3为总4Y,YZ,XZ应变EPEL:EQV等效塑性应变(在层坐标系下)[12]4-EPTH:X,Y,Z,XY热应变(在层坐标系下),如果KEYOPT(2)=2or3为总应变4Y,YZ,XZEPTH:EQV等效热应变(在层坐标系下)[12]4-EPTO:X,Y,Z,XY总应变(无热应变修正，如果KEYOPT(2)=0或1)在元素2-,YZ,XZ坐标系下。EPTO:EQV总等效应变(无热应变修正，如果KEYOPT(2)=0or1)在层2-坐标系下FC1...FC6,FCM失效准则值和每个积分点的最大值。只有KEYOPT(6)=51-AX时由输出。,4FC失效准则号(FC1toFC6,FCMAX)11,5VALUELN准则最大值(如果值超过9999.999,9999.999将输出)11,5最大值发生的层11,5EPELF(X,Y,Z,X塑性应变(在层坐标系下)causingthemaximumvalue11Y,YZ,XZ)forthiscriterionintheelement.,5SF(X,Y,Z,XY,Y应力(在层坐标系下)causingthemaximumvaluefor11Z,XZ)thiscriterionintheelement.,5LAYERS分界面位置1-,6ILSXZILSYZILANGILSUMLN1,LN2ILMAX层间剪力SXZ11,6层间剪力SYZ11,6剪力矢量角(由X轴到Y轴，按角度)剪力矢量总和11,611,6最大层间剪力的层号(ILMAX)最大层间剪力(在LN1和LN2层之间)11,711,7T(X,Y,XY)N(X,Y)单元面内总内力/每单位长度(在元素坐标系下)8-8-9-1-0平面外X、Y方向剪力M(X,Y,XY)单元总力矩/每单位长度(在元素坐标系下)MFOR(X,Y,Z)每个节点的力（在元素坐标系下）MMOM(X,Y,Z)每个节点的力矩（在元素坐标系下）1-01.当KEYOPT(2)=0or12.积分点应变解(当KEYOPT(3)=1或4)3.层(当4.由KEYOPT(5)控制项的输出KEYOPT(6)>1)5.失效准则计算摘要:当KEYOPT(6)=0,只有元素中最大的失效准则被输出。；输出每一个失效准则和其中最大的失效准则(依赖KEYOPT(5))对应的塑性应变/应力。(FCMAX).6.层间剪切力解(当KEYOPT(6)>2)7.只有KEYOPT(6)≠0时，已输出8.只有KEYOPT(3)=3or4和KEYOPT(9)≠1时，角节点有输出9.只有KEYOPT(3)=2or4时，有输出10.只能在质心作为一个*GET项获得。11.对于塑性和热的等效应变使用的有效泊松比，由用户设置。(MP,PRXY).Table99.3:"SHELL99ItemandSequenceNumbers"列出了通过ETABLE命令利ANSYSBasicAnalysisGuide用序号途径可获得的输出。查看andTheItemandSequenceNumberTable里的TheGeneralPostprocessor(POST1)获得更多信息。下列符号在Table99.3:"SHELL99ItemandSequenceNumbers"中用到:Name在Table99.2:"SHELL99ElementOutputDefinitions"中定义的输出量名Item:为ETABLE命令预定的标签E:对于单值或常数型单元数据的序列号I,J,...,L节点I,J,…..,L处数据的序列号Table99.3SHELL99ItemandSequenceNumbers输出量名ItemILSXZSMISCETABLEandESOLCommandInputBottomofLayeriTopofLayerNL(2*i)+7(2*NL)+9ILSYZSMISCILSUMNMISCILANGNMISC输出量(2*i)+8(2*i)+5(2*i)+6(2*NL)+10(2*NL)+7(2*NL)+8ETABLEandESOLCommandInput名ItemIJKLP1P2P3P4P5P6SMISC(2*NL)+11(2*NL)+12SMISC(2*NL)+15(2*NL)+16SMISC(2*NL)+20(2*NL)+19(2*NL)+13(2*NL)+14(2*NL)+17(2*NL)+18SMISC(2*NL)+22(2*NL)+21SMISC(2*NL)+24(2*NL)+23(2*NL)+26SMISC(2*NL)+25输出量名ETABLEandESOLCommandInputItemETXTYSMISC1SMISC2TXYMXSMISC3SMISC4SMISC5MYMXYNXSMISC6SMISC7NYSMISCNMISC81FCMAX(overalllayers)VALUENMISC2LNNMISCNMISCNMISCNMISCNMISC3ILMAX4LN15LN26FCMAX(atlayeri)VALUE(atlayeri)FC2*(NL+i)+7NMISC2*(NL+i)+8NMISC(4*NL)+8+15(N-1)+1VALUENMISC(4*NL)+8+15(N-1)+2LNNMISC(4*NL)+8+15(N-1)+3NMISC(4*NL)+8+15(N-1)+4EPELFXEPELFYEPELFZEPELFXYEPELFYZEPELFXZSFXNMISC(4*NL)+8+15(N-1)+5NMISC(4*NL)+8+15(N-1)+6NMISCNMISC(4*NL)+8+15(N-1)+7(4*NL)+8+15(N-1)+8NMISC(4*NL)+8+15(N-1)+9NMISC(4*NL)+8+15(N-1)+10SFYNMISC(4*NL)+8+15(N-1)+11SFZNMISCNMISCNMISCNMISC(4*NL)+8+15(N-1)+12(4*NL)+8+15(N-1)+13(4*NL)+8+15(N-1)+14(4*NL)+8+15(N-1)+15SFXYSFYZSFXZ注意表Table99.3:"SHELL99ItemandSequenceNumbers"中的i(