ANSYS单元类型(本科生讲解)

长沙理工大学ChangshaUniversityofScience&Technology水利工程学院SchoolofHydraulicEngineeringANSYS单元类型详解1单元分类2单元介绍3单元类型的选择方法长沙理工大学ChangshaUniversityofScience&Technology水利工程学院SchoolofHydraulicEngineering1单元分类按形状分类1点单元：MASS2线单元：LINK、BEAM、COMBIN3面单元：PLANE、SHELL4体单元：SOLID长沙理工大学ChangshaUniversityofScience&Technology水利工程学院SchoolofHydraulicEngineering按单元阶次分类1线性单元：对于结构分析问题，单元内的位移数值按线性变化，因而每个单元内的应力状态是保持不变的2二次单元：对于结构分析问题，单元内的位移数值按二次函数变化，因而每个单元内的应力状态是线性变化的3P单元：对于结构分析问题，单元内的位移数值按二阶到八阶函数变化，而且具有求解收敛自动控制功能，自动确定各位置上应采用的函数阶数长沙理工大学ChangshaUniversityofScience&Technology水利工程学院SchoolofHydraulicEngineering单元阶次说明单元阶次是指单元形函数的多项式阶次。长沙理工大学ChangshaUniversityofScience&Technology水利工程学院SchoolofHydraulicEngineering单元阶次直接影响到单元形函数的阶次，一般说来，形函数阶次越高，计算结果越精确；因而，同线性单元相比，采用高阶的单元类型可以得到相对较好的计算结果。线性单元、二次单元和P单元的使用，需注意以下问题：单元阶次的选择需要在计算精度和计算规模间综合衡量；对于模型中，有曲边或曲面存在时，通常推荐使用高阶单元，因为线性单元的严重扭曲变形可能引起计算精度下降，更高阶的单元对这种扭曲变形不敏感，此时使用高阶单元以获得较高的全面精度；对于非线性问题，高阶单元并不比线性单元更有效；单元阶次对求解的精度影响，相对平面单元和三维实体单元之间简化的差别来说，影响要小得多，因而使用线性单元的场合比较多。长沙理工大学ChangshaUniversityofScience&Technology水利工程学院SchoolofHydraulicEngineering2单元介绍1点单元其特点是几何形状为点状，可用以下单元模拟：MASS单元：主要用于动力学分析质量块结构的模拟；长沙理工大学ChangshaUniversityofScience&Technology水利工程学院SchoolofHydraulicEngineering2线单元几何形状为线性的结构，可用以下单元进行模拟：1、LINK单元：用于桁架、螺栓、螺杆等连接件的模拟；2、Beam单元：用于梁、螺栓、螺杆、连接件等的模拟3、Pipe单元：用于管道、管件等结构的模拟；4、Combin单元：用于弹簧，细长构件等的模拟。长沙理工大学ChangshaUniversityofScience&Technology水利工程学院SchoolofHydraulicEngineering左边是LINK单元在桁架上的应用，右边是BEAM单元在梁上的应用长沙理工大学ChangshaUniversityofScience&Technology水利工程学院SchoolofHydraulicEngineering面单元几何形状为面型的结构，可用于以下单元模拟1.SHELL单元：主要用于薄板或曲面结构的模拟，壳单元分析应用的基本原则是每块面板的主尺寸不低于其厚度的10倍长沙理工大学ChangshaUniversityofScience&Technology水利工程学院SchoolofHydraulicEngineering2.PLANE单元（平面单元）：用于总体直角坐标系下X-Y平面内结构的平面应力、平面应变、轴对称问题长沙理工大学ChangshaUniversityofScience&Technology水利工程学院SchoolofHydraulicEngineering应用的一些注意事项适用于Z方向上的几何尺寸远远小于X和Y方向上尺寸的情况（例如薄板）；适用于Z方向上的几何尺寸远远大于X和Y方向上尺寸的情况（例如船闸）；所有的载荷均作用在XY平面内；仅允许XY平面内的运动；长沙理工大学ChangshaUniversityofScience&Technology水利工程学院SchoolofHydraulicEngineering体单元几何形状为体型的结构，可用以下单元模拟1.SOLID单元：主要用于三维实体结构的模拟长沙理工大学ChangshaUniversityofScience&Technology水利工程学院SchoolofHydraulicEngineering实体单元的选择实体单元类型比较多，实体单元也是实际工程中使用最多的单元类型。常用的实体单元类型有solid45,solid92,solid185,solid187这几种，一般将其分为两类。solid45,solid185可以归为第一类，他们都是六面体单元，都可以退化为四面体和棱柱体，单元的主要功能基本相同,(SOLID185还可以用于不可压缩超弹性材料)。Solid92,solid187可以归为第二类，他们都是带中间节点的四面体单元，单元的主要功能基本相同。长沙理工大学ChangshaUniversityofScience&Technology水利工程学院SchoolofHydraulicEngineering3单元类型的选择方法单元类型选择概述1、ANSYS的单元库提供了100多种单元类型，单元类型选择的工作就是将单元的选择范围缩小到少数几个单元上；2、在选择单元时，首先应该遵循的原则是要能正确的计算模型，根据模型的几何形状选定单元的大类，如线状结构只能用“LINKBeamPipe和Combin”这类单元去模拟；面状结构则只能用“Plane、Shell”这类单元去模拟；3、其次应当根据分析问题的性质选择单元类型，如确定为2D的Beam单元后，应当根据分析问题是弹性的还是塑性确定为“Beam3”或“Beam4”等4、在选择时，应当考虑到模型精度与模型计算量之间的取舍问题，例如高阶与线性之间的选择长沙理工大学ChangshaUniversityofScience&Technology水利工程学院SchoolofHydraulicEngineering4一些常见问题1.该选杆单元（Link）还是梁单元(Beam)这个比较容易理解。杆单元只能承受沿着杆件方向的拉力或者压力，杆单元不能承受弯矩，这是杆单元的基本特点。梁单元则既可以承受拉，压，还可以承受弯矩。如果你的结构中要承受弯矩，肯定不能选杆单元。对于梁单元，常用的有beam3,beam4,beam188这三种，他们的区别在于：1)beam3是2D的梁单元，只能解决2维的问题。2)beam4是3D的梁单元，可以解决3维的空间梁问题。3)beam188是3D梁单元，可以根据需要自定义梁的截面形状。长沙理工大学ChangshaUniversityofScience&Technology水利工程学院SchoolofHydraulicEngineering2.对于薄壁结构，是选实体单元还是壳单元？对于薄壁结构，最好是选用shell单元，shell单元可以减少计算量，如果选实体单元，薄壁结构承受弯矩的时候，如果在厚度方向的单元层数太少，有时候计算结果误差比较大，反而不如shell单元计算准确。实际工程中常用的shell单元有shell63,shell93。shell63是四节点的shell单元(可以退化为三角形)，shell93是带中间节点的四边形shell单元(可以退化为三角形),shell93单元由于带有中间节点，计算精度比shell63更高，但是由于节点数目比shell63多，计算量会增大。对于一般的问题，选用shell63就足够了。长沙理工大学ChangshaUniversityofScience&Technology水利工程学院SchoolofHydraulicEngineering3.实体单元的选择如果所分析的结构比较简单，可以很方便的全部划分为六面体单元，或者绝大部分是六面体，只含有少量四面体和棱柱体，此时，应该选用第一类单元，也就是选用六面体单元；如果所分析的结构比较复杂，难以划分出六面体，应该选用第二类单元，也就是带中间节点的四面体单元。六面体单元和带中间节点的四面体单元的计算精度都是很高的，他们的区别在于：一个六面体单元只有8个节点，计算规模小，但是复杂的结构很难划分出好的六面体单元，带中间节点的四面体单元恰好相反，不管结构多么复杂，总能轻易地划分出四面体，但是，由于每个单元有10个节点，总节点数比较多，计算量会增大很多。长沙理工大学ChangshaUniversityofScience&Technology水利工程学院SchoolofHydraulicEngineeringSolid45和Solid65的运用Solid453-D实体。用于3维实体结构模型。8个节点，每个节点3个自由度，x,y,z三个方向。该元素有塑性，徐变，膨胀，应力强化，大变形和大应变能力。Solid653维钢筋混凝土实体。该元素用含钢筋或不含钢筋的3维实体。该实体能被拉裂或压碎。用于混凝土时，例如，元素的实体能力可以用来模拟混凝土，而钢筋能力用来模拟钢筋性能。在其他情况下，该元素还可用于加固合成物（如玻璃纤维）和地质材料（如石块）。元素由8个节点定义，每个节点3个自由度：x,y,z方向。可以定义3个不同钢筋。混凝土元素与solid45相似，只是比它多了能被拉裂和压碎的能力。该元素最重要的方面是它具有非线性材料的性能。混凝土可以（在三个正交方向）开裂、压碎、塑性变形和徐变。钢筋可以抗拉压，但不能抗剪。也可以具有塑性变形和徐变的性能。谢谢！