ANSYS單元類型(本科生講解)

1、長沙理工大學(xué)Changsha University of Science & Technology 水利工程學(xué)院School of Hydraulic EngineeringANSYS單元類型詳解單元類型詳解l1 單元分類l2 單元介紹l3 單元類型的選擇方法 長沙理工大學(xué)Changsha University of Science & Technology 水利工程學(xué)院School of Hydraulic Engineering1 單元分類單元分類l按形狀分類按形狀分類l1 點(diǎn)單元：MASSl2 線單元：LINK、BEAM、COMBINl3 面單元：PLANE、SHELLl

2、4 體單元：SOLID長沙理工大學(xué)Changsha University of Science & Technology 水利工程學(xué)院School of Hydraulic Engineeringl按單元階次分類按單元階次分類l1 線性單元：線性單元：對于結(jié)構(gòu)分析問題，單元內(nèi)的位移數(shù)值按線性變化，因而每個單元內(nèi)的應(yīng)力狀態(tài)是保持不變的l2 二次單元：二次單元：對于結(jié)構(gòu)分析問題，單元內(nèi)的位移數(shù)值按二次函數(shù)變化，因而每個單元內(nèi)的應(yīng)力狀態(tài)是線性變化的l3 P單元：單元：對于結(jié)構(gòu)分析問題，單元內(nèi)的位移數(shù)值按二階到八階函數(shù)變化，而且具有求解收斂自動控制功能，自動確定各位置上應(yīng)采用的函數(shù)階數(shù)長沙理工

3、大學(xué)Changsha University of Science & Technology 水利工程學(xué)院School of Hydraulic Engineeringl單元階次說明單元階次說明l單元階次是指單元形函數(shù)的多項(xiàng)式階次。長沙理工大學(xué)Changsha University of Science & Technology 水利工程學(xué)院School of Hydraulic Engineeringl單元階次直接影響到單元形函數(shù)的階次，一般說來，形函數(shù)階次越高，計(jì)算結(jié)果越精確；因而，同線性單元相比，采用高階的單元類型可以得到相對較好的計(jì)算結(jié)果。l線性單元、二次單元和線性單元、

4、二次單元和P單元的使用，需注意以下問題單元的使用，需注意以下問題：l單元階次的選擇需要在計(jì)算精度和計(jì)算規(guī)模間計(jì)算精度和計(jì)算規(guī)模間綜合衡量；l對于模型中，有曲邊或曲面存在曲邊或曲面存在時(shí)，通常推薦使用高階單元，因?yàn)榫€性單元的嚴(yán)重扭曲變形可能引起計(jì)算精度下降，更高階的單元對這種扭曲變形不敏感，此時(shí)使用高階單元以獲得較高的全面精度；l對于非線性問題，高階單元并不比線性單元更有效；對于非線性問題，高階單元并不比線性單元更有效；l單元階次對求解的精度影響，相對平面單元和三維實(shí)體單元之間簡化的差別來說，影響要小得多，因而使用線性單元的場合比較多線性單元的場合比較多。長沙理工大學(xué)Changsha Unive

5、rsity of Science & Technology 水利工程學(xué)院School of Hydraulic Engineering2 單元介紹單元介紹1 點(diǎn)單元點(diǎn)單元l其特點(diǎn)是幾何形狀為點(diǎn)狀，可用以下單元模擬：lMASS單元：主要用于動力學(xué)分析質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)的模擬；長沙理工大學(xué)Changsha University of Science & Technology 水利工程學(xué)院School of Hydraulic Engineering 2 線單元線單元幾何形狀為線性的結(jié)構(gòu)線性的結(jié)構(gòu)，可用以下單元進(jìn)行模擬：1、LINK單元：用于桁架、螺栓、螺桿等連接件的模擬；2、Beam單元：

6、用于梁、螺栓、螺桿、連接件等的模擬3、Pipe單元：用于管道、管件等結(jié)構(gòu)的模擬；4、Combin單元：用于彈簧，細(xì)長構(gòu)件等的模擬。長沙理工大學(xué)Changsha University of Science & Technology 水利工程學(xué)院School of Hydraulic Engineeringl左邊是LINK單元在桁架上的應(yīng)用，右邊是BEAM單元在梁上的應(yīng)用長沙理工大學(xué)Changsha University of Science & Technology 水利工程學(xué)院School of Hydraulic Engineeringl面單元面單元l幾何形狀為面型的結(jié)構(gòu)，面

7、型的結(jié)構(gòu)，可用于以下單元模擬l1.SHELL單元單元：主要用于薄板或曲面結(jié)構(gòu)的模擬，殼單元分析應(yīng)用的基本原則是每塊面板的主尺寸不低于其厚度的10倍長沙理工大學(xué)Changsha University of Science & Technology 水利工程學(xué)院School of Hydraulic Engineeringl2. PLANE單元（平面單元）單元（平面單元）：用于總體直角坐標(biāo)系下X-Y平面內(nèi)結(jié)構(gòu)的平面應(yīng)力、平面應(yīng)變、軸對稱問題長沙理工大學(xué)Changsha University of Science & Technology 水利工程學(xué)院School of Hydrau

8、lic Engineeringl應(yīng)用的一些注意事項(xiàng)應(yīng)用的一些注意事項(xiàng)l適用于Z方向上的幾何尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于X和Y方向上尺寸的情況（例如薄板）；l適用于Z方向上的幾何尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于X和Y方向上尺寸的情況（例如船閘）；l所有的載荷均作用在XY平面內(nèi)；l僅允許XY平面內(nèi)的運(yùn)動；長沙理工大學(xué)Changsha University of Science & Technology 水利工程學(xué)院School of Hydraulic Engineeringl體單元體單元l幾何形狀為體型的結(jié)構(gòu)體型的結(jié)構(gòu)，可用以下單元模擬l1.SOLID單元：單元：主要用于三維實(shí)體實(shí)體結(jié)構(gòu)的模擬長沙理工大學(xué)Changsha

9、University of Science & Technology 水利工程學(xué)院School of Hydraulic Engineeringl實(shí)體單元的選擇實(shí)體單元的選擇 實(shí)體單元類型比較多，實(shí)體單元也是實(shí)際工程中使用最多的單元類型。常用的實(shí)體單元類型有solid45, solid92,solid185,solid187這幾種，一般將其分為兩類。lsolid45,solid185可以歸為第一類，他們都是六面體單元六面體單元，都可以退化為四面體和棱柱體，單元的主要功能基本相同,(SOLID185還可以用于不可壓縮超彈性材料)。lSolid92, solid187可以歸為第二類，他們都

10、是帶中間節(jié)點(diǎn)中間節(jié)點(diǎn)的四面體單四面體單元元，單元的主要功能基本相同。長沙理工大學(xué)Changsha University of Science & Technology 水利工程學(xué)院School of Hydraulic Engineering3 單元類型的選擇方法單元類型的選擇方法 l單元類型選擇概述單元類型選擇概述1、ANSYS的單元庫提供了100多種單元類型，單元類型選擇的工作就是將單元的選擇范圍縮小到少數(shù)幾個單元少數(shù)幾個單元上；2、在選擇單元時(shí)，首先應(yīng)該遵循的原則是要能正確的計(jì)算模型，根據(jù)模型的幾何形狀幾何形狀選定單元的大類，如線狀結(jié)構(gòu)只能用“LINK Beam Pipe和Com

11、bin”這類單元去模擬；面狀結(jié)構(gòu)則只能用“Plane、Shell”這類單元去模擬；3、其次應(yīng)當(dāng)根據(jù)分析問題的性質(zhì)分析問題的性質(zhì)選擇單元類型，如確定為2D的Beam單元后，應(yīng)當(dāng)根據(jù)分析問題是彈性的還是塑性確定為“Beam3”或“Beam4”等4、在選擇時(shí)，應(yīng)當(dāng)考慮到模型精度模型精度與模型計(jì)算量模型計(jì)算量之間的取舍問題，例如高階與線性之間的選擇長沙理工大學(xué)Changsha University of Science & Technology 水利工程學(xué)院School of Hydraulic Engineering4 一些常見問題一些常見問題l1.該選桿單元（該選桿單元（Link）還是梁單

12、元）還是梁單元(Beam) 這個比較容易理解。桿單元只能承受沿著桿件方向的拉力或者壓力，桿單元不能承受彎矩桿單元不能承受彎矩，這是桿單元的基本特點(diǎn)。梁單元則既可以承受拉，壓，還可以承受彎矩。如果你的結(jié)構(gòu)中要承受彎矩，肯定不能選桿單元。l對于梁單元，常用的有beam3,beam4,beam188這三種，他們的區(qū)別在于：1)beam3是2D的梁單元，只能解決2維的問題。l2)beam4是3D的梁單元，可以解決3維的空間梁問題。l3)beam188是3D梁單元，可以根據(jù)需要自定義梁的截面形狀。長沙理工大學(xué)Changsha University of Science & Technology

13、水利工程學(xué)院School of Hydraulic Engineeringl2.對于薄壁結(jié)構(gòu)，是選實(shí)體單元還是殼單元對于薄壁結(jié)構(gòu)，是選實(shí)體單元還是殼單元？對于薄壁結(jié)構(gòu)，最好是選用shell單元，shell單元可以減少計(jì)算量，如果選實(shí)體單元，薄壁結(jié)構(gòu)承受彎矩的時(shí)候，如果在厚度方向的單元層數(shù)太少，有時(shí)候計(jì)算結(jié)果誤差比較大，反而不如shell單元計(jì)算準(zhǔn)確。 實(shí)際工程中常用的shell單元有shell63,shell93。shell63是四節(jié)點(diǎn)的shell單元(可以退化為三角形)，shell93是帶中間節(jié)點(diǎn)的四邊形shell單元(可以退化為三角形),shell93單元由于帶有中間節(jié)點(diǎn)，計(jì)算精度比she

14、ll63更高，但是由于節(jié)點(diǎn)數(shù)目比shell63多，計(jì)算量會增大。對于一般的問題，選用shell63就足夠了。長沙理工大學(xué)Changsha University of Science & Technology 水利工程學(xué)院School of Hydraulic Engineering3.實(shí)體單元的選擇實(shí)體單元的選擇 如果所分析的結(jié)構(gòu)比較簡單，可以很方便的全部劃分為六面體單元六面體單元，或者絕大部分是六面體，只含有少量四面體和棱柱體，此時(shí)，應(yīng)該選用第一類單元，也就是選用六面體單元；如果所分析的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，難以劃分出六面體，應(yīng)該選用第二類單元，也就是帶中間節(jié)點(diǎn)的四面體單元。 六面體單元和帶

15、中間節(jié)點(diǎn)的四面體單元的計(jì)算精度都是很高的，他們的區(qū)別在于：一個六面體單元只有8個節(jié)點(diǎn)，計(jì)算規(guī)模小，但是復(fù)雜的結(jié)構(gòu)很難劃分出好的六面體單元，帶中間節(jié)點(diǎn)的四面體單元恰好相反，不管結(jié)構(gòu)多么復(fù)雜，總能輕易地劃分出四面體，但是，由于每個單元有10個節(jié)點(diǎn)，總節(jié)點(diǎn)數(shù)比較多，計(jì)算量會增大很多。長沙理工大學(xué)Changsha University of Science & Technology 水利工程學(xué)院School of Hydraulic EngineeringlSolid45和和Solid65的運(yùn)用的運(yùn)用 Solid45 3-D實(shí)體。用于3維實(shí)體結(jié)構(gòu)模型。8個節(jié)點(diǎn)，每個節(jié)點(diǎn)3個自由度，x,y,z三個方向。該元素有塑性，徐變，膨脹，應(yīng)力強(qiáng)化，大變塑性，徐變，膨脹，應(yīng)力強(qiáng)化，大變形和大應(yīng)變能力形和大應(yīng)變能力。 Solid65 3維鋼筋混凝土實(shí)體。該元素用含鋼筋或不含鋼筋的3維實(shí)體。該實(shí)體能被拉裂或壓碎。用于混凝土?xí)r，例如，元素的實(shí)體能力可以用來模擬混凝土