ANSYS三维实体单元与板壳单元的组合建模研究_谢元丕

ANSYS 三维实体单元与板壳单元的组合建模研究

*

谢元丕,冯刚

(大连理工大学精密与特种加工教育部重点实验室,辽宁大连 116024)

摘要:在实际中经常会遇到三维连续体和薄壁板壳组成的结构,对其进行有限元分析的合理方案是将其分别离散为三维实体单元与板壳单元进行计算。即使这两种单元在交接处有共用节点,但由于节点自由度的不同而存在转动自由

度不连续的问题,导致计算结果与实际偏差很大。ANSY S 中约束方程法与M PC 法都能够实现三维实体单元与板壳单元正确联结,文中分别说明了其原理与步骤,并结合算例的计算结果对两种方法进行了综合比较,得出了在三维实体单元与板壳单元的组合建模中M PC 法可取代约束方程法的结论。

关键词:ANSYS ;实体单元;板壳单元;约束方程;M PC

中图分类号:TP391.7 文献标识码:A 文章编号:1001-2354(2009)04-0005-03

在很多工程实际中,常常遇到三维连续体和薄壁板壳组成的结构。图1所示为某自升式海洋平台升降装置机座结构图。其主体由钢板焊接而成,钢板中开孔已焊接轴承座,在安装升降装置后,轴承座将承受径向的载荷。建立有限元模型时如果全部使用实体单元,首先由于结构复杂,给建模带来困难,另外将使有限元模型的节点数过多,使计算机的工作量过大。对于这种薄壁板壳结构,使用板壳单元可以大大减少节点数量并达到很好的计算效果。但是,由于轴承座的厚度过大,不满足壳体在厚度方向的尺度远小于其他两个方向的条件,所以完全采用板壳单元建模也是不合理的。合理的方案是轴承座用三维实体单元建模,其余部分采用板壳单元建模。但是这两种单元节点的自由度不同,为保证交界面上的位移协调,就要研究和解决不同类型单元的

联结问题。

图1 自升式海洋平台升降装置机座结构图

1 理论分析

在有限元计算中,通过适当地划分网格使具有不同物理自由度的单元类型组合在交接处共用节点,这样在结构总刚度矩阵中叠加没什么问题(按下标进行叠加),但在共用节点的某些方向存在自由度不连续的问题[1]。如图2所示,三维实体单元与板壳单元在交接处共用节点,以节点i 为例,三维实体单元在节点i 的物理自由度为:

[ ]=(u i ,v i ,w i )T

式中:u i ,v i ,w i 分别是沿节点局部坐标系x ,y ,z 坐标轴方向的

位移。

而板壳单元可看作平面应力单元与平板弯曲单元的组合,在节点i 的物理自由度为:

[ ]=(u i ,v i ,w i , i x , iy , iz )T

式中: ix , i y , iz 分别为绕节点局部坐标系x ,y ,z

坐标轴的转角。

图2 三维实体单元与板壳单元共用节点

考虑到位移、力、刚度矩阵等都要转换到整体坐标系中, iz

在坐标变换后就不等于0,因而上式将其保留。可以看到,三维实体单元与板壳单元在节点i 处具有不同的物理自由度。尽管按下标进行叠加能够形成总刚度矩阵,然而组合处的总刚度矩阵[K ]对应于两种元素在连接处的所有节点,绕整体坐标轴转动项的系数不都为0,而转角是不连续的,即三维实体元素在边界处形成铰接的结构力学分析模型,如图2所示,板壳单元3可绕节点i 与节点j 的连线自由转动。这与实际结构显然有很大差别,如此离散后的计算结果也与实际相差很大[2]。

o f work struct ure etc ..On the basis of carrying out deeply the ana l ys i s on f unc ti ons and data exchange o f each sub system,a k i nd o f ne w typed three staged i n f o r m ati on m app i ng m ethod has been ex pounded concre tely .F ina ll y t he app licati on o f this syste m on t he

auto m ob ile manu f ac t ur i ng ente rprise w as i ntroduced .

K ey w ords :concept ua l desi gn m anage m en t system ;custom er

dem ands ;system ati c struct ure ;i nfor m ati on mapp i ng m ode l

F i g 6T ab 2R e f 5

Ji x ie Sheji 8496

第26卷第4期2009年4月

机 械 设 计

J OURNA L OF M ACH I N E DESI GN V o.l 26 N o .4

A pr . 2009

*收稿日期:2008-08-26;修订日期:2008-11-05

作者简介:谢元丕(1986-),男,江西宁都人,硕士研究生,研究方向:机械设计、物流工程,发表论文2篇。

2 ANSYS 三维实体单元与板壳单元的组合建模方法

大型通用有限元分析系统ANSYS 目前是比较普及和流行的有限元分析软件,在产品与工程设计中应用较多[3]。文中以图3所示计算模型为例,具体说明在ANSYS 中三维实体单元与板壳单元组合建模的两种方法。模型为0.2m 0.2m 0.16m 的实体,一端在高度中间面沿长度方向连接长1m ,厚0.05m 的平面壳,实体端部固定,壳的悬臂端受线均布力1.5k N /m

。

图3 计算模型

2.1 约束方程

对于不同类型单元自由度不连续的问题,传统的办法是使用约束方程。约束方程就是把一个节点的某个自由度与其他一个节点或多个节点的自由度通过某种关系联系起来。有如下形式:

C =

N

I=1

(C f (I ) U (I))式中:C 常数;

C f () 系数;I 节点号;U(I) 自由度;N 方程项中的编号。

以上述计算模型为例建立有限元模型并构建约束方程。

首先对实体部分与平板壳部分分别进行网格划分,值得注意的是应使交接处实体单元与板壳单元的节点位置重合,并在划分完网格后合并节点GU I :M a i n M enu P reprocessor Number i ng Ctrls M erge Iter m s ,以保证实体与板壳在交接处共用节点,得到的有限元模型如图4

所示。

图4 划分网格并合并节点后的模型以交接处的节点38,39,40(如图5所示)为例,传递转矩节

点自由度之间应满足如下约束方程:

F R z 39=(F U x 38-F U x 40)/0.08F R x 39=(F U z 40-F U z 38)/0.08

式中:F R x ,F R z 分别为绕x 轴、z 轴的转动自由度;

F U x ,F U z 分别为x 轴、z 轴方向的平动自由度。

相应地,分别为交接处其他5组节点构建约束方程,共生成12个约束方程。

图5 约束节点

2.2 M PC 法

M PC 即M ultipo i nt Constra i nt ,多点约束方程,AN SYS 从7.1版本开始引入内部M PC 功能,利用它可以不需要交接处的节点一一对应就能将不连续、自由度不协调的单元网格连接起

来。M PC 算法适用于CONTA 171,C ONTA 172,CONTA173,

CONTA 174与CONTA 175单元。使用M PC 功能联结三维实体单元与板壳单元是通过定义需要连接的实体部分与板壳部分为接触关系,设置接触单元的接触算法为M PC a l go rith m,并且定义接触面行为为绑定来实现的。

建立接触关系需生成接触面与目标面,有手动生成与接触向导两种方法。前者首先分别定义目标单元与接触单元类型,并分别对其参数进行设定。此例中用TARGE170模拟目标面,用CON TA 175单元模拟接触面(因为CONTA 175支持点对面接触)。接触单元必须设置KEY POT (2)=2,KEYO PT (12)=5或6分别表示接触算法为M PC 法且接触面行为为绑定,接触单元其他参数的设置见文献[3]。对于目标单元,在大部分情况下,AN S Y S 会自动地将移动与转动自由度同时约束,但是也可通过设置K EYOPT (5)的值来明确定义约束类型。值得注意的是,当K EYOPT (5)=1,2,且目标单元与接触单元分别为TAR FGE170与CONTA 175时,必须用S H S D 命令在交接面生成附加的虚拟单元。

对于实体 壳连接,目标面和接触面必须分别附着在实体与板壳表面,并通过相同的常数号将它们联系为接触对。手动生成过程对应的命令流程如下:

et ,3,targe170!定义目标单元keyopt ,3,5,2!设定目标单元参数et ,4,con ta175!定义接触单元keyopt ,4,2,2!定义接触单元参数

keyopt ,4,12,5r ,2ns l v ,s ,1!生成目标单元nse,l r ,l oc ,x ,0.2t yp e ,3rea,l 2

es u rf

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机 械 设 计第26卷第4期

allsel

!生成接触单元

ese,l S ,t ype ,,2ns l e ,s

nse,l r ,l oc ,x ,0.2t yp e ,4rea,l 2es u rf allsel shsd ,2,create

除手动生成的方法外,还可从菜单GU I :M a i n M enu P re processor M ode ling Create Contact Pa ir ,进入接触向导,然后按照提示与帮助说明进行选择目标面与接触面等操作[4]。在创建接触对前,单击O pti onal setti ng 按钮弹出Contact prope rti es 对话框,将Basi c 选项卡中的Contact algor it h m 即接触算法设置为M PC a l gor ith m 即可。操作完成后,ANSY S 自动定义目标单元与接触单元类型,并生成接触对。

3 实例计算结果

分别使用约束方程法与M PC 法对计算模型进行建模并加载计算,得到的M ises 等效应力分布云图如图6和图7所示,可以看出,两种方法都能够正确地实现转矩的传递,并且两种计算的应力、位移分布趋势几乎完全一致,节点最大M ises 等效应力都在交接处附近。表1列出了运用以上两种方法得到的悬臂端位移与节点最大M i ses

等效应力值。

图6

约束方程法应力云图

图7 M PC 法计算应力云图

表1 计算结果

4 结论

通过对两种方法原理与操作的分析,以及实际计算结果的

比较,可得出以下结论。

(1)使用约束方程法需要逐一建立约束方程,因而工作量很大,尤其在节点数量多的时候几乎是不可行的;而M PC 法实现过程简单,方便。

(2)约束方程法需要通过适当地划分网格以在实体与板壳交接处共用节点,而M PC 法不需要。尤其对于交接处形状不规则而不利于划分网格的情况,使用M PC 法会方便很多。(3)由算例的计算结果可知,M PC 法与约束方程法得出的结果相近,应力、位移趋势几乎完全一致。

综上所述,M PC 法在方便快捷且通用性强的前提下,计算结果与约束方程法相近。在AN S Y S 软件中三维实体单元与板壳单元组合建模方面,M PC 法完全可以取代传统的约束方程法。

参考文献

[1] 王勖成.有限单元法[M ].北京:清华大学出版社,2003:378-418.

[2] 孙菊芳,荣王伍.有限元法及其应用[M ].北京:北京航天航空大学出版社,1990:122-141.

[3] ANSYS corporati on.ANSYS R el ease 9.0Docum entation[S].[4]

小枫工作室.最新经典ANSYS 及W orkbench 教程[M ].北京:电子工业出版社,2004:328-378.

S tudy of ANSYS m od elli ng on th e co mb inati on of 3D ent i ty un it and p late sh ell un it

XIE Yuan p,i FENG G ang

(K ey L aboratory for D a lian U n i v ers it y o f T echno l ogy Prec i s i on &N on trad iti ona lM ach i n i ng o fM i n i stry of Educati on ,D a lian U n i versity o f Sc ience and Eng i neer i ng ,D a lian 116024,Chi na)Abstrac t :Struc t ures constituted of 3D continuous body and thi n w all ed plate shell m ay be frequentl y encounte red in practi ce ,the ra tiona l schem e of carry i ng out fi nite ele m ent analysis on t hese structures w as t o let it be separa tely d ispersed as 3D en tity un it and p l a te she ll un it f o r carry i ng out the ca l culati on .Even though there ex ists co mmon node at t he j uncture o f these t wo k i nds o f units ,but there ex i sts proble m s o f disconti nu ity i n the turn i ng degree o f free do m s due to the difference o f node degree o f freedo m s ,and leads to a b i g deviation bet ween the ca lcu l a ted result and the practice .T he constra i nt equation m ethod i n AN S Y S and M PC me t hod cou l d both rea li ze co rrect juncti on o f 3D entity unit w ith p l a te shell un it .The ir pr i nciples and steps were expla i ned respecti ve l y in this paper ,and a syn t hetical co m par ison w as carried out on t hese t w o ki nds of m ethods by co m bi n i ng w it h the resu lt o f computati on o f a ca lcu l a ti on ex a mp le .A conclus i on has been obta i ned that the constra i nt e

quation m ethod can be substituted by the M PC m et hod i n the co m b i nati on m ode lli ng of 3D entity un it w ith the plate shell unit .

s :AN S Y S ;entity un it ;p l a te shell unit ;constra i nt PC

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2009年4月

谢元丕,等:AN SYS 三维实体单元与板壳单元的组合建模研究

ANSYS中单元类型介绍和单元的选择原则

ANSYS中单元类型介绍和单元的选择原则 ANSYS中单元类型的选择 初学ANSYS的人，通常会被ANSYS所提供的众多纷繁复杂的单元类型弄花了眼，如何选择正确的单元类型，也是新手学习时很头疼的问题。 类型的选择，跟你要解决的问题本身密切相关。在选择单元类型前，首先你要对问题本身有非常明确的认识，然后，对于每一种单元类型，每个节点有多少个自由度，它包含哪些特性，能够在哪些条件下使用，在ANSYS的帮助文档中都有非常详细的描述，要结合自己的问题，对照帮助文档里面的单元描述来选择恰当的单元类型。 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。（常规是6个自由度，比如是用于桁架等框架结构，如鸟巢，飞机场的架构） 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，如果你非要用实体单元，也是可以的，但是这样计算量就大大增加了。而且，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，

ANSYS选择正确的单元类型

初学ANSYS的人，通常会被ANSYS所提供的众多纷繁复杂的单元类型弄花了眼，如何选择正确的单元类型，也是新手学习时很头疼的问题。 单元类型的选择，跟你要解决的问题本身密切相关。在选择单元类型前，首先你要对问题本身有非常明确的认识，然后，对于每一种单元类型，每个节点有多少个自由度，它包含哪些特性，能够在哪些条件下使用，在ANSYS的帮助文档中都有非常详细的描述，要结合自己的问题，对照帮助文档里面的单元描述来选择恰当的单元类型。 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。 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，如果你非要用实体单元，也是可以的，但是这样计算量就大大增加了。而且，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。除了shell63,shell93之外，还有很多其他的shell单元，譬如shell91,shell131，shell163等等，这些单元有的是用于多层铺层材料的，有的是用于结构显示动力学分析的，一般新手很少涉及到。通常情况下，shell63单元就够用了。 3.实体单元的选择。 实体单元类型也比较多，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。其中把 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。 实际选用单元类型的时候，到底是选择第一类还是选择第二类呢？也就是到底是选用六面体还是带中间节点的四面体呢？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。

最新ansys单元类型汇总

a n s y s单元类型

在结构分析中，“结构”一般指结构分析的力学模型。 按几何特征和单元种类，结构可分为杆系结构、板 壳结构和实体结构。 杆系结构：其杆件特征是一个方向的尺度远大于其它两个方向的尺度，例如长度远大于截面高度和宽度的 梁。单元类型有杆、梁和管单元（一般称为线单元）板壳结构：是一个方向的尺度远小于其它两个方向尺度的结构，如平板结构和壳结构。单元为壳单元 实体结构：则是指三个方向的尺度约为同量级的结构，例如挡土墙、堤坝、基础等。单元为3D实体单元和2D 实体单元 杆系结构： ①当构件15>L/h≥4时，采用考虑剪切变形的梁单元。 ②当构件L/h≥15时, 采用不考虑剪切变形的梁单元。 ③BEAM18X系列可不必考虑的上限，但在使用时必须 达到一定程度的网格密度。 对于薄壁杆件结构，由于剪切变形影响很大，所以必 须考虑剪切变形的影响。 板壳结构： 当L/h<5～8时为厚板，应采用实体单元。 当5～8<L/h<80～100时为薄板，选2D体元或壳元 当L/h>80～100时,采用薄膜单元。 对于壳类结构，一般R/h≥20为薄壳结构，可选择薄 壳单元，否则选择中厚壳单元。 对于既非梁亦非板壳结构，可选择3D实体单元。 杆单元适用于模拟桁架、缆索、链杆、弹簧等构件。该类单元只承受杆轴向的拉压，不承受弯矩，节点只有 平动自由度。不同的单元具有弹性、塑性、蠕变、膨胀、 大转动、大挠度（也称大变形）、大应变（也称有限应变）、应力刚化（也称几何刚度、初始应力刚度等）等 功能 ⑴杆单元均为均质直杆，面积和长度不能为零（LINK11 无面积参数）。仅承受杆端荷载，温度沿杆元长线性变 化。杆元中的应力相同，可考虑初应变。 ⑵LINK10属非线性单元，需迭代求解。LINK11可作用线 荷载；仅有集中质量方式。 ⑶LINK180无实常数型初应变，但可输入初应力文件， 可考虑附加质量；大变形分析时，横截面面积可以是变 化的，即可为轴向伸长的函数或刚性的。 ⑷通常用LINK1和LINK8模拟桁架结构，如屋架、网架、 网壳、桁架桥、桅杆、塔架等结构，以及吊桥的吊杆、 拱桥的系杆等构件，必须注意线性静力分析时，结构

Ansys单元类型设置

Ansys单元类型设置 一、单元类型选择概述: 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； 单元类型选择方法： 1.设定物理场过滤菜单，将单元全集缩小到该物理场涉及的单元； 二、单元类型选择方法（续一） 2.根据模型的几何形状选定单元的大类，如线性结构则只能用“Plane、Shell”这种单元去模拟； 3.根据模型结构的空间维数细化单元的类别，如确定为“Beam”单元大类之后，在对话框的右栏中，有2D和3D的单元分类，则根据结构的维数继续缩小单元类型选择的范围； 三、单元类型选择方法（续二） 4.确定单元的大类之后，又是也可以根据单元的阶次来细分单元的小类，如确定为“Solid-Quad”，此时有四种单元类型：Quad 4node 42 Quad 4node 183 Quad 8node 82 Quad 8node 183 前两组即为低阶单元，后两组为高阶单元； 四、单元类型选择方法（续三） 5.根据单元的形状细分单元的小类，如对三维实体，此时则可以根据单元形状是“六面体”还是“四面体”，确定单元类型为“Brick”还是“Tet”； 五、单元类型选择方法（续四） 6.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，此时有三种单元类型可供选择，如下：2D elastic 3 2Dplastic 23 2D tapered 54，根据分析问题是弹性还是塑性确定为“Beam3”或“Beam4”，若是变截面的非对称的问题则用“Beam54”。 六、单元类型选择方法（续五） 7.进行完前面的选择工作，单元类型就基本上已经定位在2-3种单元类型上了，接下来打开这几种单元的帮助手册，进行以下工作： 仔细阅读其单元描述，检查是否与分析问题的背景吻合、

ANSYS中单元类型介绍和单元的选择原则

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(仅供参考)ANSYS软件中常用的单元类型

ANSYS软件中常用的单元类型 一、单元 （1）link(杆)系列： link1(2D)和link8(3D)用来模拟珩架，注意一根杆划一个单元。 link10用来模拟拉索，注意要加初应变，一根索可多分单元。 link180是link10的加强版，一般用来模拟拉索。 （2）beam(梁)系列： beam3(2D)和beam4(3D)是经典欧拉梁单元，用来模拟框架中的梁柱，画弯据图用etab 读入smisc数据然后用plls命令。注意：虽然一根梁只划一个单元在单元两端也能得到正确的弯矩图，但是要得到和结构力学书上的弯据图差不多的结果还需多分几段。该单元需要手工在实常数中输入Iyy和Izz，注意方向。 beam44适合模拟薄壁的钢结构构件或者变截面的构件，可用"/eshape,1"显示单元形状。 beam188和beam189号称超级梁单元，基于铁木辛科梁理论，有诸多优点：考虑剪切变形的影响，截面可设置多种材料，可用"/eshape,1"显示形状，截面惯性矩不用自己计算而只需输入截面特征，可以考虑扭转效应，可以变截面（8.0以后），可以方便地把两个单元连接处变成铰接（8.0以后，用ENDRELEASE命令）。缺点是：8.0版本之前beam188用的是一次形函数，其精度远低于beam4等单元，一根梁必须多分几个单元。8.0之后可设置“KEYOPT(3)=2”变成二次形函数，解决了这个问题。可见188单元已经很完善，建议使用。beam189与beam188的区别是有3个结点，8.0版之前比beam188精度高，但因此建模较麻烦，8.0版之后已无优势。 (3)shell(板壳)系列 shell41一般用来模拟膜。 shell63可针对一般的板壳，注意仅限弹性分析。它的塑性版本是shell43。加强版是shell181（注意18*系列单元都是ansys后开发的单元，考虑了以前单元的优点和缺陷，因而更完善），优点是：能实现shell41、shell63、shell43...的所有功能并比它们做的更好，偏置中点很方便（比如模拟梁板结构时常要把板中面望上偏置），可以分层，等等。 (4)solid(体)系列 土木中常用的就solid45、solid46、solid65、solid95等。 solid45就不用多说了，solid95是它的带中结点版本。

ANSYS中单元的选择

在结构分析中，“结构”一般指结构分析的力学模型。按几何特征和单元种类，结构可分为杆系结构、板壳结构和实体结构。杆系结构：其杆件特征是一个方向的尺度远大于其它两个方向的尺度，例如长度远大于截面高度和宽度的梁。元类型有杆、梁和管单元（一般单称为线单元）。板壳结构：是一个方向的尺度远小于其它两个方向尺度的结构，如平板结构和壳结构。单元为壳单元。实体结构：则是指三个方向的尺度约为同量级的结构，例如挡土墙、堤坝、基础等。单元为3D实体单元和2D 实体单元。 杆系结构： ①当构件15>L/h≥4时，采用考虑剪切变形的梁单元。（h为杆系的高度） ②当构件L/h≥15时, 采用不考虑剪切变形的梁单元。 ③BEAM18X系列可不必考虑L/h的值，但在使用时必须达到一定程度的网格密度。对于薄壁杆件结构，由于剪切变形影响很大，所以必须考虑剪切变形的影响。 板壳结构： 当L/h<5～8时为厚板，应采用实体单元。（h为板壳的厚度）当5～880～100时,采用薄膜单元。

对于壳类结构，一般R/h≥20为薄壳结构，可选择薄壳单元，否则选择中厚壳单元。 对于既非梁亦非板壳结构，可选择3D实体单元。 杆单元适用于模拟桁架、缆索、链杆、弹簧等构件。该类单元只承受杆轴向的拉压，不承受弯矩，节点只有平动自由度。不同的单元具有弹性、塑性、蠕变、膨胀、大转动、大挠度（也称大变形）、大应变（也称有限应变）、应刚化（也称几何刚度、初始应力刚度等）等功能 ⑴杆单元均为均质直杆，面积和长度不能为零（LINK11无面积参数）。仅承受杆端荷载，温度沿杆元长线性变化。杆元中的应力相同，可考虑初应变。 ⑵LINK10属非线性单元，需迭代求解。LINK11可作用线荷载；仅有集中质量方式。 ⑶LINK180无实常数型初应变，但可输入初应力文件，可考虑附加质量；大变形分析时，横截面面积可以是变化的，即可为轴向伸长的函数或刚性的。 ⑷通常用LINK1和LINK8模拟桁架结构，如屋架、网架、网壳、桁架桥、桅杆、塔架等结构，以及吊桥的吊杆、拱桥的系杆等构件，必须注意线性静力分析时，结构不能是几何可

ANSYS中不同单元之间的连接问题

一般来说，按“杆梁壳体”单元顺序，只要后一种单元的自由度完全包含前一种单元的自由度，则只要有公共节点即可，不需要约束方程，否则需要耦合自由度与约事方程。例如： （1）杆与梁、壳、体单元有公共节点即可，不需要约束方程。 （2）梁与壳有公共节点怒可，也不需要约束写约束方程；壳梁自由度数目相同，自由度也相同，尽管壳的rotz是虚的自由度，也不妨碍二者之间的关系，这有点类同于梁与杆的关系。 （3）梁与体则要在相同位置建立不同的节点，然后在节点处耦合自由度与施加约束方程。 （4）壳与体则也要相同位置建立不同的节点，然后在节点处耦合自由度与施加约束方程。 上面所述的不同单元之间的接连方法主要是用耦合自由度和约束方程来实现的，有一定的局限性，只适用于小位移，下面介绍一种支持大位移算法的方法，MPC法。 MPC即Multipoint Constraint,多点约束方程，其原理与前面所说的方程的技术几乎一致，将不连续、自由度不协调的单元网格连接起来，不需要连接边界上的节点完全一一对应。 MPC能够连接的模型一般有以下几种。 solid 模型-solid 模型 shell模型-shell模型 solid 模型-shell 模型 solid 模型-beam 模型 shell 模型-beam模型 在 ANSYS中，实现上述MPC技术有三种途径。 （1）通过MPC184单元定义模型的刚性或者二力杆连接关系。定义MPC184单元模型与定义杆的操作完全一致，而MPC单元的作用可以是刚性杆（三个自由度的连接关系）或者刚性梁（六个自由度的连接关系）。 （2）利用约束方程菜单路径Main Menu>preprocessor>Coupling/Ceqn>shell/solid Interface创建壳与实体模型之间的装配关系。 （3）利用ANSYS接触向导功能定义模型之间的装配关系。选择菜单路径Main

ansys_死活单元

如果模型中加入（或删除）材料，模型中相应的单元就“存在”（或消亡）。单元生死选项就用于在这种情况下杀死或重新激活选择的单元。（可用的单元类型在表6－1中列出。）本选项主要用于钻孔（如开矿和挖通道等），建筑物施工过程（如桥的建筑过程），顺序组装（如分层的计算机芯片组装）和另外一些用户可以根据单元位置来方便的激活和不激活它们的一些应用中。单元生死功能只适用于ANSYS/Multiphysics，ANSYS/Mechanical和ANSYS/Structural产品。 Table 6-1 Elements with birth and death capability LINK1 SURF19 SHELL41 SOLID64 LANE83 SHELL143 PLANE2 IPE20 LANE42 SOLID65 SOLID87 SURF151 BEAM3 MASS21 SHELL43 LANE67 SOLID90 SURF152 BEAM4 SURF22 BEAM44 LINK68 SOLID92 SURF153 SOLID5 BEAM23 SOLID45 SOLID69 SHELL93 SURF154 LINK8 BEAM24 LANE53 SOLID70 SOLID95 SHELL157 LINK10 PLANE25 BEAM54 MASS71 SOLID96 TARGE169 LINK11 MA TRIX27 PLANE55 SOLID72 SOLID97 TARGE170 PLANE13 LINK31 SHELL57 SOLID73 SOLID98 CONTA171 COMBIN14 LINK32 PIPE59 PLANE75 SHELL99 CONTA172 PIPE16 LINK33 PIPE60 PLANE77 PLANE121 CONTA173 PIPE17 LINK34 SOLID62 PLANE78 SOLID122 CONTA174 PIPE18 PLANE35 SHELL63 PLANE82 SOLID123 在一些情况下，单元的生死状态可以根据ANSYS的计算数值决定，如温度，应力，应变等。可以用ETABLE命令（Main Menu>General Postproc>Element Table>Define Table）和ESEL命令（Utility Menu>Select>Entities）来确定选择的单元的相关数据，也可以改变单元的状态（溶和，固结，俘获等）。本过程对于由相变引起的模型效应（如焊接过程中原不生效的熔融材料变为生效的模型体的一部分），失效扩展和另外一些分析过程中的单元变化是有效的。 单元生死是如何工作的？ 要激活“单元死”的效果，ANSYS程序并不是将“杀死”的单元从模型中删除，而是将其刚度（或传导，或其他分析特性）矩阵乘以一个很小的因子[ESTIF]。因子缺省值为1.0E-6，可以赋为其他数值（详见“施加载荷并求解”一章）。死单元的单元载荷将为0，从而不对载荷向量生效（但仍然在单元载荷的列表中出现）。同样，死单元的质量，阻尼，比热和其他类似效果也设为0值。死单元的质量和能量将不包括在模型求解结果中。单元的应变在“杀死”的同时也将设为0。 与上面的过程相似，如果单元“出生”，并不是将其加到模型中，而是重新激活它们。用户必须在PREP7 中生成所有单元，包括后面要被激活的单元。在求解器中不能生成新的单元。要“加入”一个单元，先杀死它，然后在合适的载荷步中重新激活它。 当一个单元被重新激活时，其刚度，质量，单元载荷等将恢复其原始的数值。重新激活的单元没有应变记录（也无热量存储等）。但是，初应变以实参形式输入（如LINK1 单元）的不为单元生死选项所影响。而且，除非是打开了大变形选项[NLGEOM,ON],一些单元类型将以它们以前的几何特性恢复（大变形效果有时用来得到合理的结果）。单元在被激活后第一个求解过程中同样可以有热应变（等于a*(T-TREF)),如果其承受热量体载荷。

ansys各种单元及使用

ansys单元类型种类统计 单元名称种类单元号 LINK (共12种) 1,8,10,11,31,32,33,34,68,160,167,180 PLANE (共20种)2,13,25,35,42,53,55,67,75,77,78,82,83,121,145,146,162,182,183,223 BEAM (共09种)3,4,23,24,44,54,161,188,189 SOLID (共30 种)5,45,46,62,64,65,69,70,87,90,92,95,96,97,98,117,122,123,127,128,147,148,164,168, 185,186,187,191,226,227 COMBIN (共05种)7,14,37,39,40 INFIN (共04种)9,47,110,111 CONTAC (共05种)12,26,48,49,52 PIPE (共06种)16,17,18,20,59,60 MASS (共03种)21,71,166 MATRIX (共02种)27,50 SHELL (共19种)28,41,43,51,57,61,63,91,93,99,131,132,143,150,157,163,181,208,209 FLUID (共14种)29,30,38,79,80,81,116,129,130,136,138,139,141,142 SOURC (共01种)36 HYPER (共06种)56,58,74,84,86,158 VISCO (共05种)88,89,106,107,108 CIRCU (共03种)94,124,125 TRANS (共02种)109,126 INTER (共05种)115,192,193,194,195 HF (共03种)118,119,120 ROM (共01种)144 SURF (共04种)151,152,153,154 COMBI (共01种)165 TARGE (共02种)169,170 CONTA (共06种)171,172,173,174,175,178 PRETS (共01种)179 MPC (共01种)184 MESH (共01种)20

ANSYS单元选取与计算精度

ANSYS单元选取与计算精度 ANSYS中常用的实体单元类型有solid45,solid92,solid185,solid187这几种。其中把solid45,solid185可以归为第一类，如果它们都是六面体单元，可以退化为四面体单元和棱柱体单元，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，它们都是高阶单元每条边上均带中间节点，单元的主要功能基本相同。在ANSYS计算中选取单元的基本原则是优先选用大编号的单元类型。例如：对于第一类里面而言solid45和solid185单元，应该优先选用solid185。第二类里面应该优先选用solid187。ANSYS的单元类型是在不断发展和改进的，同样功能的单元，编号大的往往意味着在某些方面有优化或者增强。 solid185 是一种采用力与位移混合形状函数的线性单元，但可以退化为五面体或四面体单元。solid185支持大变形大应变，solid185单元用于构造三维固体结构。每个六面体单元有8个节点，在节点坐标系下每个节点有沿着x,y,z三个方向平移的自由度。solid185单元具有超弹性，应力钢化，蠕变，大变形和大应变能力。还可采用混合模式模拟几乎不可压缩弹塑性材料和完全不可压缩超弹性材料。 图2.3 单元类型solid185 Fig.2.3 element type solid185 ANSYS软件中常见的板壳单元有shell63，shell181等，shell63，shell181可以归为一类，若不规则形状的四节点四边形单元可以退化成三节点三角形单元。优先选取单元大编号的单元。即所有薄壁筒形结构均用shell181平面四节点四边形等参元来分析。shell181适合分析薄的及中等厚度的板壳结构零件。该单元有四个结点，每个结点有六个自由度，即在节点坐标系方向上沿x，y，z方向的平动自由度和x，y，z方向的转动自由度。这种单元类型还支持线性，大扭转和大应变和变厚度非线性分析。它既能用完全法也可用缩减法，可用于

ANSYS单元类型选择方法

ANSYS单元类型选择方法 最近在学习ANSYS，收集到一些资料，跟大家分享一下：还有心得体会将在后面写出来跟同行们交流！ 下面是有关ANSYS分析中的单元选择方法： 一、单元类型选择概述： 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； 单元类型选择方法： 1.设定物理场过滤菜单，将单元全集缩小到该物理场涉及的单元； 二、单元类型选择方法（续一） 2.根据模型的几何形状选定单元的大类，如线性结构则只能用“Plane、Shell”这种单元去模拟； 3.根据模型结构的空间维数细化单元的类别，如确定为“Beam”单元大类之后，在对话框的右栏中，有2D和3D的单元分类，则根据结构的维数继续缩小单元类型选择的范围； 三、单元类型选择方法（续二） 4.确定单元的大类之后，又是也可以根据单元的阶次来细分单元的小类，如确定为“Solid-Quad”，此时有四种单元类型： Quad 4node 42 Quad 4node 183 Quad 8node 82 Quad 8node 183 前两组即为低阶单元，后两组为高阶单元； 四、单元类型选择方法（续三） 5.根据单元的形状细分单元的小类，如对三维实体，此时则可以根据单元形状是“六面体”还是“四面体”，确定单元类型为“Brick”还是“Tet”； 五、单元类型选择方法（续四） 6.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，此时有三种单元类型可供选择，如下：2D elastic 3 2Dplastic 23 2D tapered 54，根据分析问题是弹性还是塑性确定为“Beam3”或“Beam4”，若是变截面的非对称的问题则用“Beam54”。 六、单元类型选择方法（续五）

Ansys 单元类型选择方法

单元类型选择方法 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； 单元类型选择方法： 1.设定物理场过滤菜单，将单元全集缩小到该物理场涉及的单元； 2.根据模型的几何形状选定单元的大类，如线性结构则只能用“Plane、Shell”这种单元去模拟； 3.根据模型结构的空间维数细化单元的类别，如确定为“Beam”单元大类之后，在对话框的右栏中，有2D和3D的单元分类，则根据结构的维数继续缩小单元类型选择的范围； 4. 确定单元的大类之后，又是也可以根据单元的阶次来细分单元的小类，如确定为“Solid-Quad”，此时有四种单元类型：Quad 4node 42 Quad 4node 183 Quad 8node 82 Quad 8node 183 前两组即为低阶单元，后两组为高阶单元； 5. 根据单元的形状细分单元的小类，如对三维实体，此时则可以根据单元形状是“六面体”还是“四面体”，确定单元类型为“Brick”还是“Tet”； 6. 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，此时有三种单元类型可供选择，如下：2D elastic 3 2Dplastic 23 2D tapered 54，根据分析问题是弹性还是塑性确定为“Beam3”或“Beam4”，若是变截面的非对称的问题则用“Beam54”。 7. 进行完前面的选择工作，单元类型就基本上已经定位在2-3种单元类型上了，接下来打开这几种单元的帮助手册，进行以下工作： 仔细阅读其单元描述，检查是否与分析问题的背景吻合、了解单元所需输入的参数、单元关键项和载荷考虑；了解单元的输出数据；仔细阅读单元使用限制和说明。 Mass21是由6个自由度的点元素，x,y,z三个方向的线位移以及绕x,y,z轴的旋转位移。每个自由度的质量和惯性矩分别定义。 Link1可用于各种工程应用中。根据应用的不用，可以把此元素看成桁架，连杆，弹簧，等。这个2维杆元素是一个单轴拉压元素，在每个节点都有两个自由度。x,y,方向。铰接，没有弯矩。 Link8可用于不同工程中的杆。可用作模拟构架，下垂电缆，连杆，弹簧等。3维杆元素是单轴拉压元素。每个点有3个自由度。x,y,z方向。作为铰接结构，没有弯矩。具有塑性，徐变，膨胀，应力强化和大变形的特性。 Link10 3维杆元素，具有双线性劲度矩阵的特性，单向轴拉（或压）元素。对于单向轴拉，如果元素变成受压，则硬度就消失了。此特性可用于静力钢缆中，当整个钢缆模拟成一个元素时。当需要静力元素能力但静力元素又不是初始输入时，也可用于动力分析中。该元素是shell41的线形式，keyopt(1)=2,?cloth?选项。如果分析的目的是为了研究元素的运动，（没有静定元素），可用与其相似但不能松弛的元素（如link8 和pipe59）代替。当最终的结构是一个拉紧的结构的时候，Link10也不能用作静定集中分析中。但是由于最终局于一点的结果松弛条件也是有可能的。在这种情况下，要用其他的元素或在link10中使用…显示动力?技术。Link10每个节点有3个自由度，x,y,z方向。在拉（或压）中都没有抗弯能力，但是可以通过在每个link10元素上叠加一个小面积的量元素来实现。具有应力强化和大变形能力。 Link11用于模拟水压圆筒以及其他经受大旋转的结构。此元素为单轴拉压元素，每个节点有3个自由度。X,y,z方向。没有弯扭荷载。 Link180可用于不同的工程中。可用来模拟构架，连杆，弹簧，等。此3维杆元素是单轴拉压元素，每个节点有3个自由度。X,y,z方向。作为胶接结构，不考虑弯矩。具有塑性，

ANSYS单元类型详细

把收集到得ANSYS单元类型向大家交流下。 初学ANSYS的人，通常会被ANSYS所提供的众多纷繁复杂的单元类型弄花了眼，如何选择正确的单元类型，也是新手学习时很头疼的问题。 单元类型的选择，跟你要解决的问题本身密切相关。在选择单元类型前，首先你要对问题本身有非常明确的认识，然后，对于每一种单元类型，每个节点有多少个自由度，它包含哪些特性，能够在哪些条件下使用，在ANSYS的帮助文档中都有非常详细的描述，要结合自己的问题，对照帮助文档里面的单元描述来选择恰当的单元类型。 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。 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，如果你非要用实体单元，也是可以的，但是这样计算量就大大增加了。而且，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。 除了shell63,shell93之外，还有很多其他的shell单元，譬如shell91,shell131，shell163等等，这些单元有的是用于多层铺

ANSYS单元类型(详细)

ANSYS 单元类型（详细） 把收集到得ANSYS 单元类型向大家交流下。Mass21 是由6 个自由度的点元素，x,y,z 三个方向的线位移以及绕x,y,z 轴的旋转位移。每个自由度的质量和惯性矩分别定义。Link1 可用于各种工程应用中。根据应用的不用，可以把此元素看成桁架，连杆，弹簧，等。这个2 维杆元素是一个单轴拉压元素，在每个节点都有两个自由度。X,y, 方向。铰接，没有弯矩。Link8 可用于不同工程中的杆。可用作模拟构架，下垂电缆，连杆，弹簧等。3 维杆元素是单轴拉压元素。每个点有3 个自由度。X,y,z 方向。作为铰接结构，没有弯矩。具有塑性，徐变，膨胀，应力强化和大变形的特性。Link10 3 维杆元素，具有双线性劲度矩阵的特性，单向轴拉（或压）元素。对于单向轴拉，如果元素变成受压，则硬度就消失了。此特性可用于静力钢缆中，当整个钢缆模拟成一个元素时。当需要静力元素能力但静力元素又不是初始输入时，也可用于动力分析中。该元素是shell41 的线形式，keyopt（1）=2, ' cloth '选如项果。分析的目的是为了研究元素的运动，（没有静定元素），可用与其相似但不能松弛的元素（如link8 和pipe59 ）代替。当最终的结构是一个拉紧的结构的时候，Link10 也不能用作静定集中分析中。但是由于最终局于一点的结果松弛条件也是有可能的。在这种情况下，要用其他的元素或在linkIO中使用‘显示动力’技术°Link1O每个节点有3 个自由度，x,y,z 方向。在拉（或压）中都没有抗弯能力，但是可

以通过在每个link1O 元素上叠加一个小面积的量元素来实现。具有应力强化和大变形能力。Link11 用于模拟水压圆筒以及其他经受大旋转的结构。此元素为单轴拉压元素，每个节点有3 个自由度。X,y,z 方向。没有弯扭荷载。Link18O 可用于不同的工程中。可用来模拟构架，连杆，弹簧，等。此3 维杆元素是单轴拉压元素，每个节点有3 个自由度。X,y,z 方向。作为胶接结构，不考虑弯矩。具有塑性，徐变，旋转，大变形，大应变能力。link18O 在任何分析中都包括应力强化项（分析中，nlgeon,on），此为缺省值。支持弹性，各向同性硬化塑性，运动上的硬化塑性，希尔各向异性塑性，chaboche 非线性硬化塑性和徐变等。Beam3 单轴元素，具有拉，压，弯性能。在每个节点有3 个自由度。X,y, 方向以及绕z 轴的旋转。Beam4 是具有拉压扭弯能力的单轴元素。每个节点有6 个自由度，x,y,z, 绕x,y,z 轴。具有应力强化和大变形能力。在大变形分析中，提供了协调相切劲度矩阵选项。Beam23 单轴元素，拉压和受弯能力。每个节点有3 个自由度。该元素具有塑性，徐变，膨胀能力。如果这些影响都不需要，可使用beam3 ，2 维弹性梁。Beam24 3 维薄壁梁。单轴元素，任意截面都有拉压、弯曲和St. Venant 扭转能力。可用于任何敞开的和单元截面。该元素每个节点有6 个自由度：x,y,z 和绕x,y,z 方向。该元素在轴向和自定义的 截面方向都具有塑性，徐变和膨胀能力。若不需要这些能力，可用弹性梁beam4或beam44。Pipe20 和beam23 也具有塑性，徐变和膨胀能力。截面是通过一系列的矩形段来定义的。梁的纵轴向方向

ANSYS单元类型(详细)

ANSYS单元类型（详细） 把收集到得ANSYS单元类型向大家交流下。Mass21是由6个自由度的点元素，x,y,z三个方向的线位移以及绕x,y,z轴的旋转位移。每个自由度的质量和惯性矩分别定义。Link1可用于各种工程应用中。根据应用的不用，可以把此元素看成桁架，连杆，弹簧，等。这个2维杆元素是一个单轴拉压元素，在每个节点都有两个自由度。X,y,方向。铰接，没有弯矩。Link8可用于不同工程中的杆。可用作模拟构架，下垂电缆，连杆，弹簧等。3维杆元素是单轴拉压元素。每个点有3个自由度。X,y,z方向。作为铰接结构，没有弯矩。具有塑性，徐变，膨胀，应力强化和大变形的特性。Link10 3维杆元素，具有双线性劲度矩阵的特性，单向轴拉（或压）元素。对于单向轴拉，如果元素变成受压，则硬度就消失了。此特性可用于静力钢缆中，当整个钢缆模拟成一个元素时。当需要静力元素能力但静力元素又不是初始输入时，也可用于动力分析中。该元素是shell41的线形式， keyopt(1)=2,’cloth’选项。如果分析的目的是为了研究元素的运动，（没有静定元素），可用与其相似但不能松弛的元素（如link8和pipe59）代替。当最终的结构是一个拉紧的结构的时候，Link10也不能用作静定集中分析中。但是由于最终局于一点的结果松弛条件也是有可能的。在这种情况下，要用

其他的元素或在link10中使用‘显示动力’技术。Link10每个节点有3个自由度，x,y,z方向。在拉（或压）中都没有抗弯能力，但是可以通过在每个link10元素上叠加一个小面积的量元素来实现。具有应力强化和大变形能力。Link11用于模拟水压圆筒以及其他经受大旋转的结构。此元素为单轴拉压元素，每个节点有3个自由度。X,y,z方向。没有弯扭荷载。Link180可用于不同的工程中。可用来模拟构架，连杆，弹簧，等。此3维杆元素是单轴拉压元素，每个节点有3个自由度。X,y,z方向。作为胶接结构，不考虑弯矩。具有塑性，徐变，旋转，大变形，大应变能力。link180在任何分析中都包括应力强化项(分析中，nlgeon,on)，此为缺省值。支持弹性，各向同性硬化塑性，运动上的硬化塑性，希尔各向异性塑性，chaboche 非线性硬化塑性和徐变等。Beam3单轴元素，具有拉，压，弯性能。在每个节点有3个自由度。X,y,方向以及绕z轴的旋转。Beam4是具有拉压扭弯能力的单轴元素。每个节点有6个自由度，x,y,z,绕x,y,z轴。具有应力强化和大变形能力。在大变形分析中，提供了协调相切劲度矩阵选项。Beam23单轴元素，拉压和受弯能力。每个节点有3个自由度。该元素具有塑性，徐变，膨胀能力。如果这些影响都不需要，可使用beam3，2维弹性梁。 Beam24 3维薄壁梁。单轴元素，任意截面都有拉压、弯曲和St. Venant扭转能力。可用于任何敞开的和单元截面。该

(完整版)ANSYS中的超单元解析

ANSYS 中的超单元 摘自htbbzzg的博客，网易从 8.0 版开始，ANSYS 中增加了超单元功能，本文通过一些实际例子，探讨了 ANSYS 中超单元的具体使用。 1. 使用超单元进行静力分析 根据 ANSYS 帮助文件，使用超单元的过程可以划分为三个阶段 (称为 Pass)： (1) 生成超单元模型 (Generation Pass) (2) 使用超单元数据 (Use Pass) (3) 扩展模型 (Expansion Pass) 下面以一个例子加以说明： 一块板，尺寸为 20×40×2，材料为钢，一端固支，另一端承受法向载荷。 首先生成原始模型 se_all.db，即按照整个结构进行分析，以便后面与超单元结果进行比较： 首先生成两个矩形，尺寸各为 20×2。 然后定义单元类型 shell63； 定义实常数 1 为： 2 (板厚度)。 材料性能： 弹性模量 E=201000； 波松比μ=0.3； 密度ρ=7.8e-9； 单位为 mm-s-N-MPa。 采用边长 1 划分单元； 一端设置位移约束 all，另一端所有 (21 个) 节点各承受 Z 向力 5。 计算模型如下图：

静力分析的计算结果如下：

为了后面比较的方便，分别给出两个 area 上的结果：

超单元部分，按照上述步骤操作如下： (1) 生成超单元 选择后半段作为超单元，前半段作为非超单元(主单元)。 按照 ANSYS 使用超单元的要求，超单元与非超单元部分的界面节点必须一致 (重合)，且最好分别的节点编号也相同，否则需要分别对各节点对建立耦合方程，操作比较麻烦。 实际上，利用 ANSYS 中提供的 mesh200 单元，对超单元和非超单元的界面实体，按照同一顺序，先于所有其它实体划分单元，很容易满足界面节点编号相同的要求。对于多级超单元的情况，则还要结合其它操作 (如偏移节点号等) 以满足这一要求。 对于本例，采用另一办法，即先建立整个模型，然后再划分超单元和非超单元。即：将上述模型分别存为 se_1.db (超单元部分) 和 se_main.db (非超单元部分) 两个文件，然后分别处理。 对于 se_1.db 模型，按照超单元方式进行处理。由于模型及边界条件已建立，只需删除前半段上的划分，结果就是超单元所需的模型。 然后直接进入创建超单元矩阵的操作，首先说明一下创建超单元矩阵的一般步骤： A 进入求解模块： 命令：/Solu GUI：Main menu -> Solution B 设置分析类型为“子结构或部件模态综合“ 命令：ANTYPE GUI ：Main menu -> Solution -> Analysis Type -> New Analysis 选择 Substructuring/CMS (子结构或部件模态综合) C 设置子结构选项 命令：SEOPT