ANSYS經(jīng)典培訓(xùn)第二章

單元第2章

單元

本章目標(biāo)本章包括理解和定義ANSYS/LS-DYNA單元主題:

A.了解顯式動力學(xué)單元家族

B.縮減積分

C.沙漏

D.定義ANSYS/LS-DYNA單元

E.LINK160--3-DSpar(Truss)

F.BEAM161--3-DBeam

G.PLANE162--2-DSolid

H.SHELL163--3-DThinShellMarch7,2002

單元

…本章目標(biāo)主題（繼續(xù)):

I.SOLID164--3-D8-nodeBrick

J.COMBI165--3-DSpringorDamper

K.MASS166--3-DMass

L.LINK167--3-DCable

M.單元使用指導(dǎo)

N.單元習(xí)題March7,2002單元

A.

顯式動力學(xué)單元概述ANSYS/LS-DYNA程序可以定義8種不同的單元:LINK160:3-D顯式桿單元(類似于LINK8)BEAM161:3-D顯式梁單元(類似于BEAM4)PLANE162:2-D顯式平面體單元(類似于PLANE42)SHELL163:3-D顯式薄殼單元(類似于SHELL181)SOLID164:3-D顯式體單元(類似于SOLID185)COMBI165:3-D顯式彈簧阻尼單元(類似于COMBIN14)MASS166:3-D顯式結(jié)構(gòu)質(zhì)量單元(類似于MASS21)LINK167:3-D顯式索單元(類似于LINK10)除2-DPLANE162外(平面應(yīng)力，平面應(yīng)變或軸對稱)，其它顯式單元都是三維單元March7,2002單元

…顯式動力學(xué)單元概述顯式單元族在以下方面與ANSYS隱式單元明顯不同:每種顯式單元幾乎對所有的材料模型有效。在隱式ANSYS中，不同的單元類型僅僅適用于特定的材料模式，如超彈單元(HYPER56,58,74)和粘彈單元(VISCO106,108),盡管現(xiàn)在新的18X隱式單元允許多種材料選項。大多數(shù)顯式單元有許多不同的算法，如SHELL163最多有12種算法。歷史上，隱式單元根據(jù)不同的算法給單元以不同的名字(如SHELL43和63),但是現(xiàn)在新的18X隱式單元正向這個趨勢發(fā)展。March7,2002顯式單元族在以下方面與ANSYS隱式單元明顯不同:(續(xù)):顯式單元支持ANSYS/LS-DYNA所允許的所有非線性選項。所有的顯式動力學(xué)單元具有一次線性位移函數(shù)。目前尚沒有高階的二次位移函數(shù)。在ANSYS/LS-DYNA中，沒有帶有額外形函數(shù)和中間節(jié)點的單元及P-單元。每種顯式單元缺省為單點積分單元。單元

…顯式動力學(xué)單元概述March7,2002單元

B.

縮減積分算法縮減積分單元

是使用最少積分點的單元。一個縮減積分體單元在其中心有一個積分點，一個縮減積分殼單元有一個平面內(nèi)積分點，但沿著殼的厚度可以設(shè)置多個積分點。全積分單元主要用于隱式ANSYS中。在ANSYS/LS-DYNA中，全積分體單元有8個積分點，全積分殼單元有4個平面內(nèi)積分點（沿著殼的厚度有多組積分平面）。縮減積分通過減小單元處理時間來減少CPU時間，所以縮減積分通常是ANSYS/LS-DYNA中缺省的形式。March7,2002單元

…

縮減積分算法除了節(jié)省CPU時間，單點積分單元有利于大變形分析。ANSYS/LS-DYNA單元能經(jīng)歷比ANSYS單元大得多的變形?？s減積分單元有兩個主要的缺點可能出現(xiàn)零能模式的變形(沙漏)應(yīng)力結(jié)果的精度直接與積分點的個數(shù)相關(guān)March7,2002單元

C.

沙漏沙漏是一種以比結(jié)構(gòu)全局響應(yīng)高得多的頻率震蕩的零能變形模式。沙漏模式導(dǎo)致一種在數(shù)學(xué)上是穩(wěn)定的、但在物理上無法實現(xiàn)的狀態(tài)。他們通常沒有剛度，變形呈現(xiàn)鋸齒形網(wǎng)格。單點(縮減)積分單元將產(chǎn)生零能模式在分析中沙漏變形的出現(xiàn)使結(jié)果無效，所以應(yīng)盡量減小和避免如果總體沙漏能超過模型總體內(nèi)能的10%，那么分析可能就是無效的。關(guān)于沙漏能以后會討論(GLSTAT和MATSUM文件)，有時侯甚至5%的沙漏也是不允許的。March7,2002單點積分實體單元的零能模式:有必要控制零能模式沙漏控制通過附加的剛度或粘性阻尼來阻止這樣的模式單元

…沙漏March7,2002單元

…

沙漏在ANSYS/LS-DYNA中控制沙漏避免能夠激起沙漏模式的單點載荷。因為一個被激勵的單元會將沙漏模式傳遞到周圍的單元，所以不要施加單點載荷。如果可能，盡量將載荷如同壓力那樣施加到多個單元上。細(xì)化網(wǎng)格通常減少沙漏，但是一個大的模型通常會增加求解時間并使結(jié)果文件增大。全積分單元可以避免沙漏，但根據(jù)不同應(yīng)用，要以求解速度，求解能力甚至求解精度為代價。另一種選擇，可以在網(wǎng)格劃分時，分散一些全積分的“種子”單元于模型中從而減少沙漏。PLANE162無全積分模式，梁單元不需要全積分。March7,2002單元

…

沙漏在ANSYS/LS-DYNA中控制沙漏(續(xù))總體

調(diào)整模型的體積粘度可以減少沙漏變形。可以通過EDBVIS命令的線性或二次系數(shù)來增加模型的體積粘度:Solution>AnalysisOptions>BulkViscosity…不推薦過大改變EDBVIS命令的缺省值(1.5and.06)，因為它將對總體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生相反的效應(yīng)。粘性沙漏控制推薦用于快速變形的問題中（例如激振波）可用的單元包括PLANE162和SOLID164.March7,2002單元

…沙漏在ANSYS/LS-DYNA中控制沙漏(續(xù))總體增加彈性剛度來減少沙漏.可以通過EDHGLS命令的沙漏系數(shù)(HGCO)來實現(xiàn)整體模型的沙漏控制:Solution>AnalysisOptions>HourglassCtrls>Global…當(dāng)增加沙漏系數(shù)時必須謹(jǐn)慎，因為大于0.15的值會過分剛化變形過程中的響應(yīng)并導(dǎo)致不穩(wěn)定。剛度沙漏控制推薦用于低速變形問題（如金屬成型安定碰撞中）適用的單元包括PLANE162,SHELL163,andSOLID164.March7,2002單元

…沙漏ANSYS/LS-DYNA中控制沙漏(續(xù))在模型的關(guān)鍵部位局部

減少沙漏而對模型的總體剛度沒有過大的影響。

EDMP,HGLS

命令被用來對特定材料施加沙漏控制?？梢杂孟旅娴拿疃x沙漏控制類型（粘性或剛度）、沙漏系數(shù)、體積粘度系數(shù)、殼彎曲和扭曲系數(shù):Solution>AnalysisOptions>HourglassCtrls>Local…LS-DYNA局部施加沙漏控制是基于Part號（不是基于材料號),所以任何帶有特定材料的Part將有這種沙漏控制。VAL1=5通常用來定義減少沙漏。March7,2002單元

D.

定義ANSYS/LS-DYNA單元使用標(biāo)準(zhǔn)的ANSYS方法定義顯式動力學(xué)單元:從ANSYSGUI過濾器選擇LS-DYNAExplicitANSYSMainMenu>Preferences…選擇LS-DYNAExplicit將在目前的分析中將單元限制于顯式單元家族。必須記住，顯式和隱式單元不能在一個分析中同時使用。如果在同一個模型中定義了隱式單元，那么當(dāng)執(zhí)行SOLVE命令時，分析將自動被中止。March7,2002單元…定義AN超SY鹿S/瀉LS危-D梯YN澇A單元增加頸單元己類型摟:Pr勵ep突ro秒ce攀ss侮or抗>示E夠le思me軌nt店t瓶yp則e佩>濟(jì)Ad籠d/最Ed走it進(jìn)/D腰el給e.霜..慣.可以吼用標(biāo)雁準(zhǔn)的島格式善定義巷關(guān)鍵冊選項謊和實嫌常數(shù)設(shè)置LS墓/D幫YN供A選項爬后，嶼可選會單元桑將被廚限制糖于顯式單元(1記60譜–豪1股67混)Ma派rc呆h趣7,帖2哲00乎2單元E.析LI智NK帽16則0杰-孤-仿3惡-D桿睛(Tr塞us剩s)3-甜D桿單綱元只擊能承廣受軸弊向載默荷用三薯個節(jié)朱點定據(jù)義單逃元第三景個節(jié)奧點用滔來定錄義初也始桿粗方向Ma言rc左h旱7,那2盟00楚2單元F.參BE卡AM嚷16間1閣-情-宴3芳-D梁3-繁D梁單院元適花用于懶剛體闊旋轉(zhuǎn)渡，因程為它測不產(chǎn)珍生應(yīng)凈變用三微個節(jié)顫點定盈義單袖元第三密個節(jié)步點用楚來定奸義梁代的方壤向可以泡定義詢許多聞標(biāo)準(zhǔn)禾的梁帆橫截頭面Ma務(wù)rc抽h舅7,之2轎00猛2單元G.窗PL擋AN染E1吩62駁--主2-槳D體PL蘋AN湯E1誼62撒–讓2鋪-D沾,廢4-節(jié)點攤體3節(jié)點伏三角母形單狗元寧(不款推薦豆)僅支紅持La床gr智an航gi初an算法UX塌,霉UY計,沙VX堵,晨VY殊,乖AX嗽,馳AY自由慕度對于余軸對娛稱模濕式，Y軸梨=肅對稱役軸不允死許混幅用2D和3D單元精類型不允示許全紹積分曉選項PL端AN田E1戰(zhàn)62辨KE破YO碧PT設(shè)置窮:Ke串yo虜pt(2鋼)讀–面積蟻加權(quán)朝或體醉積加障權(quán)(A脈XI快SY繳M)Ke壞yo勢pt(3事)若–平面大應(yīng)力乒，軸盈對稱籮或平痕面應(yīng)俊變在給腎定的慎分析巷中僅堤僅可肺以使斤用一克種2-跑D類型(如在訓(xùn)一個優(yōu)模型非中不樹能同明時軸濾對稱拉和平戶面應(yīng)液力單焰元)IJKLSHELL162:2-DPLANARSOLIDxyMa拴rc洲h乖7,汪2綢00宮2單元…PL鍋AN丈E1丸62包--主2-窮D體在X-巾Y平面朗建立PL耕AN載E1寨62單元PL獅AN濃E1疾62單元榮不要菊定義塔實常似數(shù)支持愚許多醒材料飽模式(如塑正性，蹦復(fù)合墻材料見，Mo漲on哨ey登-Ri灣vl邪in橡膠爪材料慕)RS屠YS支持翅位移段和應(yīng)某力（誤不包呈括應(yīng)她變）La斤gr義an糊gi鎮(zhèn)an算法雜基于滑大應(yīng)界變理檔論樹，根翁據(jù)此仇理論陵實體俱被離每散化澆，并測且當(dāng)劣網(wǎng)格厚隨時饒間物穩(wěn)理變沒形時祝幾何咱體不咽斷更根新。嚴(yán)該算卷法同探樣使懸用于烏隱式AN雁SY跳S中。Ma遲rc渣h鵲7,憤2匙00道2單元H.錘SH尸EL慰L1貫63糖--記3-撿D薄殼SH褲EL稿L1春63有抄12蜓種乳不同鏈的單黨元算仗法，重要伸的包必括:Be墾ly畏ts嘗ch香ko-Ts轎ay(B吃T,畜K醬EY侮OP霧T(廉1)逼=0毛o旨r腥2,缺省糕):簡單開殼單士元非常雞快匪(相像對速叼度商=妨1.雖0)翹曲罵時易告出錯Be稿ly綱ts碗ch渴ko-W賄on族g-法Ch齒ia掀ng洽(佛B(yǎng)W啄C,魔K影EY杏OP扔T(貴1)床=1緣瑞0)落:相對趁速度潤=慕1利.2暴8興*BT設(shè)用猜于翹艙曲分濁析推薦針使用Be尋ly念ts閉ch撐ko-L圈ev括ia歡th驚an勾(僚BL撕,領(lǐng)K鄭EY丈OP用T(絕1)索=8蠟):相對宵速度悲=徑1禾.2肺5胖*BT較新已，仍墓在開盒發(fā)中第一唐個有隔物理珠沙漏河控制商的單印元(對于ED慌MP蚊,HG計LS,M宣at桐,V弦al惡1無參往數(shù))S/肚R泡co末-r胞ot幕at引io莊na寸l帥Hu只gh冰es袖-L學(xué)iu蘆(江S/聚R受CH厘L,面K職EY束OP防T(立1)鄉(xiāng)豐=7俊):沒有逆沙漏神控制打的殼相對彎速度稱=沸8塔.8同4警*BTMa棋rc訪h六7,個2芹00脅2單元…SH蜜EL品L1犧63壞--素3-宇D迎Th辱in揀S尿he鋒ll單元堂算法BT臺,卸BW氣C,烘B煩L僅適渠用于蟲平面赴內(nèi)單宜點積怎分，而S/蝕R降CH螞L用于麻平面錘內(nèi)4點積貪分。所有推的殼消單元濫沿著囑厚度砍方向破有任角意多悟數(shù)目踐的積航分點(N傍IP同)記。對于克彈性恥行為NI句P篩=才2滿(缺省磁)對于戒塑性森行為敵，3蔬<NI啦P跪<蛋5源(推薦NI點P=黨5)實常儉數(shù)用鄉(xiāng)豐來定煮義積能分點耀的數(shù)射目R,肺N哈SE駁T,巾S酬HR麗F,興NI揮P,征T1NS嫩ET智=實常厚數(shù)組冤參考壓號SH鄰RF抱=剪切諷因子曠(對座于薄猶殼推頌薦為敵5/挺6)NI趙P吸=積分妖點數(shù)T1韻=單元教厚度目前SH津EL肯L1魄63不支希持新鬧的殼云截面芽命令(S淺EC列TY蒼PE剛,框SE買CD只AT匆A,午S咳EC根OF噴FS態(tài)ET等)Ma犬rc稠h桿7,榴2型00參2單元…SH炸EL己L1等63檔--浙3-棵D淺Th倍in減S齊he診ll用ED碑IN謊T命令敲定義訓(xùn)結(jié)果盡輸出收的沿崖厚度莖方向篇的積漸分點則數(shù)目So唐lu農(nóng)ti針on告>梨O益ut聯(lián)pu零t宇Co炎nt溫ro模ls盛>In券te嘩gPt請S墻to眾ra植ge恒…ED優(yōu)IN叉T,巾S貴HE丑LL遠(yuǎn)IP經(jīng),玻BE娘AM寶IPSH菊EL尖LI落P是輸寧出中離殼的抱積分招點數(shù)鍛目SH奴EL有LI收P隆>懶3每一仙個積衰分點弦與一針個LA障YE罩R相關(guān)缺省地值是結(jié)3王(梁頂層認(rèn)，中不層和伴底層)BE痰A(chǔ)M館IP是輸棍出的伏梁積體分點啞數(shù)目Ma淋rc降h聯(lián)7,胃2決00憐2CP殊U襖fa暢ct子or司2銷.4蓋5*噸BTKE早YO帆PT護(hù)(1幟)=格11棍in紹te煤gr膠at碌io禮n酷po舒in穴tno冊rm洽al死C腸Sco針-r身ot封at傻io揭na寧l聰CS標(biāo)準(zhǔn)“全縮夢減”選擇輝性“全積刻分”CP殼U寸fa境ct顆or刮1勞.4末9*頃BTKE助YO謙PT西(1嶄)=澆111害in熱t(yī)e悉gr鹿at鬼io究n雄po煉in嚇tCP夸U卵fa鉗ct腳or聚2飛0.染01掛*B閣TKE灘YO妥PT扛(1寬)=團(tuán)64壩in蹤蝶te稱gr安at沈io質(zhì)n許po宮in腳tsCP居U定fa添ct味or宋8丘.8史4*秧BTKE宿YO駁PT決(1醫(yī))=鄙74斥in捉te捐gr勺at傷io徹n嫌po連in僑ts這個勾算法踐類似頁于SH鄉(xiāng)豐EL薯L1膛43算法單元…SH宜EL頁L1明63蟻--錘3-沾D崖Th竊in沫S趁he領(lǐng)ll有4勉種Hu哄gh勒es起-L工iu殼單盒元算氣法:Ma騎rc搶h攀7,穿2噸00緣瑞2單元…SH潛EL角L1病63怕--差3-歪D以Th個in倡S揚he餓ll對于震三角侍形殼錄單元勒有兩串種算鋤法:C0三角黎形殼墾(KE敢YO殼PT刷(1斗)=秘4)基于Mi隱nd拒li省n-Re匪is況sn扇er平板螺理論此算齊法剛深度偏石大，品不推梨薦用刃于整圖個殼穗體網(wǎng)穿格中BC挨IZ三角務(wù)形殼榜(KE重YO牌PT架(1隊)=側(cè)3)基于Ki浙rc碑hh凍of派f平板蓮理論較慢在混庭合網(wǎng)泊格中食,C0三角截形單近元通須常比孝退化吹的4向節(jié)點栽單元咱算法尼更好箱。所破以當(dāng)壇混合卻劃分獻(xiàn)（自勤由劃賭分）宇通常獵使用選下面危的命寸令：ED旗SH憐EL幸L,射,殃,烈,渣,使,圖IT核RS驢TIT沉RS種T擺=糊1蘿:退化揚的四魄邊形沃單元婚被當(dāng)乘作三址角形熔單元暑（缺懂省）IT掌RS逆T牧=皆2季:退化愁的四挪邊形寶單元混保持弱不變Pr吐ep妥ro哭ce火ss群or興>串S蘋he舌l(xiāng)lEl滅em痰C幣tr際ls>悶T店ri胖an柔gu孤la狡r各Sh黎el仍l都So儲rt童in質(zhì)g枝>防Fu司ll著S肯or額ti難ng五>煉O伐KMa密rc麗h旅7,屑2翠00育2單元…SH暴EL漆L1話63寶--夕3-蘆D駐Th鍬in宏S鳴he閣ll有兩盞種膜槍單元妹算法:Be逮ly宜ts象ch辯ko-Ts勒ay-膜(KE則YO鐵PT挖(1弱)=腦5)爬:單點遞積分坡的膜留單元全積邁分Be居ly概ts濤ch鳳ko-Ts鉛ay-膜極(KE稱YO當(dāng)PT堡(1甜)=剝9)蓄:具有谷4點甜積分艦的膜芹單元全積變分Be散ly復(fù)ts欄ch薯ko-Ts條ay殼辨(KE壘YO龜PT薦(1帶)=事12慨):不需掠要沙語漏控保制對橫氣向剪言切，偏假設(shè)葡的小臉應(yīng)變階彌補爸了剪推切鎖吐定平面碗內(nèi)4候點積盆分(2訂X梁2積分個)，但速爛度仍械然很饒快比縮撈減積酬分的Be己ly觀ts嘉ch獄ko-Ts驢ay殼慢2.協(xié)5倍當(dāng)沙聯(lián)漏模節(jié)式難錫以控遭制時授推薦漠使用在每棍一層梁的單序元中均心平玻均各磁層應(yīng)由力結(jié)僚果Ma強rc艱h由7,乎2編00農(nóng)2單元I.店SO毀LI鼠D1覺64配--選3-于D渴8-握no鋸de實體極力反對用退墓化的幣四面片體網(wǎng)督格一個賭完全罷四面胃體網(wǎng)界格甚密至不包能運局行對顯纏式動則力學(xué)智單元慈使用秀映射峰網(wǎng)格拖拉脹生成朋的三辰棱柱滅單元浴可以賭接受盡可毫能保兄持接雷近于端立方噸體的帶實體博形狀Ma擁rc妹h爐7,雜2陜00價2單元…SO狡LI梁D1保64說--獅3-富D應(yīng)8-態(tài)no裙de實體有兩探種實營體單結(jié)元算譽法:單點爽積分若實體受(爭整個恭單元脾中常蒸應(yīng)力肉)缺省鈔形式對于聞單元臟大變盯形單喉元非瞇?？煜灪陀型跣ǔ：跣枰缟陈┶s控制陣來阻做止沙組漏模毀式全積棒分實婆體抽(2x2吸x2積分僅)比較輝慢，齊但無錢沙漏對于肝高的籍泊松深比時棍會同偶時出勺現(xiàn)剪慨切鎖汽定和劫體積曬鎖定煌，得坊到比戴較差源的結(jié)壩果精度乏比缺醋省算騰法對爸單元妨形狀協(xié)更敏頑感在特鍵定區(qū)景域被只選用喂來降鈔低病鼓態(tài)效悼應(yīng)Ma教rc劑h豆7,芝2車00遣2單元J.匙CO姑MB案I1拍65凈--泄3-別D彈簧襲或阻戒尼使用猴兩個缺節(jié)點醫(yī)和離恥散的壟材料身模式脾來定裳義能與礎(chǔ)其它仇所有醒顯式污單元師連接具有拿平動拳和轉(zhuǎn)緊動自奇由度能定緣瑞義復(fù)盜雜的掘力－己位移擦關(guān)系不象CO洋MB洗IN域14菊,彈簧驢和阻剖尼必婦須是固不同粥的單雞元由于雖只能荒同時斑定義誘一個僚彈簧悅或阻嘆尼選認(rèn)項，瘡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