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文檔簡介
1、ANSYS單元類型詳解,1單元分類2單元介紹3單元類型的選擇方法,1單元分類,按形狀分類1點單元:MASS2線單元:LINK、BEAM、COMBIN3面單元:PLANE、SHELL4體單元:SOLID,按單元階次分類1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2二次單元: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3P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),單元階次說明單元階次是指單元形函數(shù)的多項式階次。,單元階次直接
2、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算結(jié)果。線性單元、二次單元和P單元的使用,需注意以下問題:單元階次的選擇需要在計算精度和計算規(guī)模間綜合衡量;對于模型中,有曲邊或曲面存在時,通常推薦使用高階單元,因為線性單元的嚴重扭曲變形可能引起計算精度下降,更高階的單元對這種扭曲變形不敏感,此時使用高階單元以獲得較高的全面精度;對于非線性問題,高階單元并不比線性單元更有效;單元階次對求解的精度影響,相對平面單元和三維實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。,2單元介紹,1點單元其特點是
3、幾何形狀為點狀,可用以下單元模擬:MASS單元:主要用于動力學(xué)分析質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)的模擬;,2線單元幾何形狀為線性的結(jié)構(gòu),可用以下單元進行模擬:1、LINK單元:用于桁架、螺栓、螺桿等連接件的模擬;2、Beam單元: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,細長構(gòu)件等的模擬。,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,面單元幾何形狀為面型的結(jié)構(gòu),可用于以下單元模擬1.SHELL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,2.PLANE單元(平面單元):
4、用于總體直角坐標系下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,應(yīng)用的一些注意事項適用于Z方向上的幾何尺寸遠遠小于X和Y方向上尺寸的情況(例如薄板);適用于Z方向上的幾何尺寸遠遠大于X和Y方向上尺寸的情況(例如船閘);所有的載荷均作用在XY平面內(nèi);僅允許XY平面內(nèi)的運動;,體單元幾何形狀為體型的結(jié)構(gòu),可用以下單元模擬1.SOLID單元:主要用于三維實體結(jié)構(gòu)的模擬,實體單元的選擇實體單元類型比較多,實體單元也是實際工程中使用最多的單元類型。常用的實體單元類型有solid45,solid92,solid185,solid187這幾種,一般將其分為兩類。solid45,solid185可以歸為
5、第一類,他們都是六面體單元,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)。Solid92,solid187可以歸為第二類,他們都是帶中間節(jié)點的四面體單元,單元的主要功能基本相同。,3單元類型的選擇方法,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)幾個單元上;2、在選擇單元時,首先應(yīng)該遵循的原則是要能正確的計算模型,根據(jù)模型的幾何形狀選定單元的大類,如線狀結(jié)構(gòu)只能用“LINKBeamPipe和Combin”這類單元去模擬;面狀結(jié)構(gòu)則只能用“Plane、Shell”這類單元去
6、模擬;3、其次應(yīng)當(dāng)根據(jù)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,應(yīng)當(dāng)考慮到模型精度與模型計算量之間的取舍問題,例如高階與線性之間的選擇,4一些常見問題,1.該選桿單元(Link)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,這是桿單元的基本特點。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。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,
7、只能解決2維的問題。2)beam4是3D的梁單元,可以解決3維的空間梁問題。3)beam188是3D梁單元,可以根據(jù)需要自定義梁的截面形狀。,2.對于薄壁結(jié)構(gòu),是選實體單元還是殼單元?,對于薄壁結(jié)構(gòu),最好是選用shell單元,shell單元可以減少計算量,如果選實體單元,薄壁結(jié)構(gòu)承受彎矩的時候,如果在厚度方向的單元層數(shù)太少,有時候計算結(jié)果誤差比較大,反而不如shell單元計算準確。實際工程中常用的shell單元有shell63,shell93。shell63是四節(jié)點的shell單元(可以退化為三角形),shell93是帶中間節(jié)點的四邊形shell單元(可以退化為三角形),shell93單元由于
8、帶有中間節(jié)點,計算精度比shell63更高,但是由于節(jié)點數(shù)目比shell63多,計算量會增大。對于一般的問題,選用shell63就足夠了。,3.實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,或者絕大部分是六面體,只含有少量四面體和棱柱體,此時,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)點的四面體單元。六面體單元和帶中間節(jié)點的四面體單元的計算精度都是很高的,他們的區(qū)別在于:一個六面體單元只有8個節(jié)點,計算規(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,總節(jié)點數(shù)比較多,計算量會增大很多。,Solid45和Solid65的運用Solid453-D實體。用于3維實體結(jié)構(gòu)模型。8個節(jié)點,每個節(jié)點3個自由度,x,y,z三個方向。該元素有塑性,徐變,膨脹,應(yīng)力強化,大變形和大應(yīng)變能力。Solid653維鋼筋混凝土實體。該元素用含鋼筋或不含鋼筋的3維實體。該實體能被拉裂或壓碎。用于混凝土?xí)r,例如,元素的實體能力可以用來模擬混凝土,而鋼筋能力用來模擬鋼筋性能。在其他情況下,該元素還可用于加固合成物(如玻璃纖維)和地質(zhì)材料(如石塊)。元素由8個節(jié)點定義,每個節(jié)點3個
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