ANSYS單元類型
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。如果你的結構中要承受彎矩,肯定不能選桿單元。
對于梁單元,常用的有beam3,beam4,beam188這三種,他們的區別在于:
1)beam3是2D的梁單元,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,可以根據需要自定義梁的截面形狀。
2、對于薄壁結構,是選實體單元還是殼單元?
對于薄壁結構,最好是選用shell單元,shell單元可以減少計算量,如果你非要用實體單元,也是可以的,但是這樣計算量就大大增加了。而且,如果選實體單元,薄壁結構承受彎矩的時候,如果在厚度方向的單元層數太少,有時候計算結果誤差比較大,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是四節點的shell單元(可以退化為三角形),shell93是帶中間節點的四邊形shell單元(可以退化為三角形),shell93單元由于帶有中間節點,計算精度比shell63更高,但是由于節點數目比shell63多,計算量會增大。對于一般的問題,選用shell63就足夠了。
除了shell63,shell93之外,還有很多其他的shell單元,譬如shell91,shell131,shell163等等,這些單元有的是用于多層鋪層材料的,有的是用于結構顯示動力學分析的,一般新手很少涉及到。通常情況下,shell63單元就夠用了。
3、實體單元的選擇。
實體單元類型也比較多,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。
其中把solid45,solid185可以歸為第一類,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,他們都是帶中間節點的四面體單元,單元的主要功能基本相同。實際選用單元類型的時候,到底是選擇第一類還是選擇第二類呢?也就是到底是選用六面體還是帶中間節點的四面體呢?
如果所分析的結構比較簡單,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;如果所分析的結構比較復雜,難以劃分出六面體,應該選用第二類單元,也就是帶中間節點的四面體單元。
新手最容易犯的一個錯誤就是選用了第一類單元類型(六面體單元),但是,在劃分網格的時候,由于結構比較復雜,六面體劃分不出來,單元全部被劃分成了四面體,也就是退化的六面體單元,這種情況,計算出來的結果的精度是非常糟糕的,有時候即使你把單元劃分的很細,計算精度也很差,這種情況是絕對要避免的。
六面體單元和帶中間節點的四面體單元的計算精度都是很高的,他們的區別在于:一個六面體單元只有8個節點,計算規模小,但是復雜的結構很難劃分出好的六面體單元,帶中間節點的四面體單元恰好相反,不管結構多么復雜,總能輕易地劃分出四面體,但是,由于每個單元有10個節點,總節點數比較多,計算量會增大很多。
前面把常用的實體單元類型歸為2類了,對于同一類型中的單元,應該選哪一種呢?通常情況下,同一個類型中,各種不同的單元,計算精度幾乎沒有什么明顯的差別。選取的基本原則是優先選用編號高的單元。比如第一類中,應該優先選用solid185。第二類里面應該優先選用solid187。ANSYS的單元類型是在不斷發展和改進的,同樣功能的單元,編號大的往往意味著在某些方面有優化或者增強。
對于實體單元,總結起來就一句話:復雜的結構用帶中間節點的四面體,優選solid187,簡單的結構用六面體單元,優選solid185。
Mass21是由6個自由度的點元素,x,y,z三個方向的線位移以及繞x,y,z軸的旋轉位移。每個自由度的質量和慣性矩分別定義。
Link1可用于各種工程應用中。根據應用的不用,可以把此元素看成桁架,連桿,彈簧,等。這個2維桿元素是一個單軸拉壓元素,在每個節點都有兩個自由度。X,y,方向。鉸接,沒有彎矩。
Link8可用于不同工程中的桿。可用作模擬構架,下垂電纜,連桿,彈簧等。3維桿元素是單軸拉壓元素。每個點有3個自由度。X,y,z方向。作為鉸接結構,沒有彎矩。具有塑性,徐變,膨脹,應力強化和大變形的特性。
Link10 3維桿元素,具有雙線性勁度矩陣的特性,單向軸拉(或壓)元素。對于單向軸拉,如果元素變成受壓,則硬度就消失了。此特性可用于靜力鋼纜中,當整個鋼纜模擬成一個元素時。當需要靜力元素能力但靜力元素又不是初始輸入時,也可用于動力分析中。該元素是shell41的線形式,keyopt(1)=2,’cloth’選項。如果分析的目的是為了研究元素的運動,(沒有靜定元素),可用與其相似但不能松弛的元素(如link8和pipe59)代替。當最終的結構是一個拉緊的結構的時候,Link10也不能用作靜定集中分析中。但是由于最終局于一點的結果松弛條件也是有可能的。在這種情況下,要用其他的元素或在link10中使用‘顯示動力’技術。Link10每個節點有3個自由度,x,y,z方向。在拉(或壓)中都沒有抗彎能力,但是可以通過在每個link10元素上疊加一個小面積的量元素來實現。具有應力強化和大變形能力。
Link11用于模擬水壓圓筒以及其他經受大旋轉的結構。此元素為單軸拉壓元素,每個節點有3個自由度。X,y,z方向。沒有彎扭荷載。
Link180可用于不同的工程中。可用來模擬構架,連桿,彈簧,等。此3維桿元素是單軸拉壓元素,每個節點有3個自由度。X,y,z方向。作為膠接結構,不考慮彎矩。具有塑性,徐變,旋轉,大變形,大應變能力。link180在任何分析中都包括應力強化項(分析中,nlgeon,on),此為缺省值。支持彈性,各向同性硬化塑性,運動上的硬化塑性,希爾各向異性塑性,chaboche 非線性硬化塑性和徐變等。
Beam3單軸元素,具有拉,壓,彎性能。在每個節點有3個自由度。X,y,方向以及繞z軸的旋轉。
Beam4是具有拉壓扭彎能力的單軸元素。每個節點有6個自由度,x,y,z,繞x,y,z軸。具有應力強化和大變形能力。在大變形分析中,提供了協調相切勁度矩陣選項。
Beam23單軸元素,拉壓和受彎能力。每個節點有3個自由度。該元素具有塑性,徐變,膨脹能力。如果這些影響都不需要,可使用beam3,2維彈性梁。
Beam24 3維薄壁梁。單軸元素,任意截面都有拉壓、彎曲和St. Venant扭轉能力。可用于任何敞開的和單元截面。該元素每個節點有6個自由度:x,y,z和繞x,y,z方向。該元素在軸向和自定義的截面方向都具有塑性,徐變和膨脹能力。若不需要這些能力,可用彈性梁beam4或beam44。Pipe20和beam23也具有塑性,徐變和膨脹能力。截面是通過一系列的矩形段來定義的。梁的縱軸向方向由第三個節點指明。
Beam44 3維彈性錐形不對稱梁。單軸元素,具有拉壓扭和彎曲能力。該元素每個節點有6個自由度:x,y,z和繞x,y,z方向。該元素允許每個端點具有不均勻幾何特性,并且允許端點與梁的中性軸偏移。若不需要這些特性,可采用beam4。該元素的2維形式是beam54。該元素也提供剪應變選項。還提供了輸出作用于單元上的與單元同方向的力的選項。具有應力強化和大變形能力。
Beam54單軸元素,拉壓和受彎能力. 每個節點有3個自由度。該元素允許在端點有不均勻幾何性質。允許端點偏移梁的軸心。無塑性徐變或膨脹能力。有應力強化能力。剪切變形和彈性基礎影響也體現在選項中。還可打印作用于元素上的沿元素方向的力。
Beam188 3維線性有限應力梁。適用于分析短粗梁結構。該元素基于timoshenko梁理論。包括剪應變。Beam188是一個三維線性(2節點)梁。每個節點有6或7個自由度,具體依賴于keyopt(1)的值。Keyopt(1)=0為每個節點6個自由度。包括x,y,z方向和繞x,y,z方向。=1還考慮了扭轉自由度。該元素適用于線性,大旋轉和大應變非線性。包括應力強化項在任何分析中,都缺省為nlgeom=on.。該選項為元素提供了分析曲屈、側移和扭轉的能力。
Beam189 3維二次有限應力梁。適用于分析短粗梁結構。該元素基于timoshenko梁理論。包括剪應變。Beam189是一個三維二次(3節點)梁。每個節點有6或7個自由度,具體依賴于keyopt(1)的值。Keyopt(1)=0為每個節點6個自由度。包括x,y,z方向和繞x,y,z方向。=1還考慮了扭轉自由度。該元素適用于線性,大旋轉和大應變非線性。包括應力強化項在任何分析中,都缺省為nlgeom=on.。該選項為元素提供了分析曲屈、側移和扭轉的能力。
Plane2 2維6節點3角形結構實體。具有二次位移,適用于模擬不規則網格。該元素有6個結點定義,每個節點2個自由度,分比為x,y方向。可將其用于平面單元(平面應力或平面應變)或是軸對稱單元。具有塑性,徐變,膨脹,應力強化,大變形,大應變能力。
Plane25 軸對稱協調4節點結構體。用于承受非軸對稱荷載的2維軸對稱結構。如彎曲,剪切或扭轉。該元素由4個節點定義,每個節點3個自由度:x,y,z方向。對于非扭轉節點,這3個方向分別代表半徑,軸向和切線方向。給元素是plane42的一般模式,2為結構單元,和在不一定為軸對稱。
Plane42 2維實體。該元素即可用于平面單元(平面應力或平面應變)也可用于軸對稱單元。該元素由4個節點定義,每個節點2個自由度:x,y方向。具有塑性,徐變,膨脹,應力強化,大變形,大應變能力。
Plane82 二維8節點實體。該元素是plane42的高次形式。它為混合(四邊形-三角形)自動網格劃分提供了更精確的求解結果,并能承受不規則形狀而不會產生任何精度上的損失。8節點元素具有位移協調形狀,適用于模擬彎曲邊界。該元素由8個節點定義,每個節點2個自由度,x,y方向。可用于平面單元也可用于軸對稱單元。具有塑性,徐變,膨脹,應力強化,大變形,大應變能力。并提供不同的輸出選項。
Plane83 二維8節點實體。用于承受非軸對稱荷載的2維軸對稱結構。如彎曲,剪切或扭轉。該元素每個節點3個自由度:x,y,z方向。對于非扭轉節點,這3個方向分別代表半徑,軸向和切線方向。該元素是plane25的高次形式。它為混合(四邊形-三角形)自動網格劃分提供了更精確的求解結果,并能承受不規則形狀而不會產生任何精度上的損失。該元素也是plane82的一般軸向形式,其荷載不需要對陳。
Plane145 二維四邊形實體p-元素。Plane145是一個四邊形p-元素,支持最高為8次的多項式。該元素由8個節點定義,每個節點2個自由度,x,y方向。可用于平面單元也可用于軸對稱單元。
Plane146 二維三角形實體p-元素。Plane145是一個三角形p-元素,支持最高為8次的多項式。該元素由6個節點定義,每個節點2個自由度,x,y方向。可用于平面單元也可用于軸對稱單元。
Plane182 2維4節點實體。該元素用于2維模型。可用于平面單元也可用于軸對稱單元。該元素由4個節點定義,每個節點2個自由度,x,y方向。可用于平面單元也可用于軸對稱單元。具有塑性,超彈性,應力強化,大變形,大應變能力。可用來模擬幾乎不能壓縮的次彈性材料和完全不能壓縮的超彈性材料的變形。
Plane183 2維8節點實體。具有二次位移,適用于模擬不規則網格。該元素由8個節點定義,每個節點2個自由度,x,y方向。可用于平面單元也可用于軸對稱單元。具有塑性,超彈性,應力強化,大變形,大應變能力。可用來模擬幾乎不能壓縮的次彈性材料和完全不能壓縮的超彈性材料的變形。支持初始應力。并提供不同的輸出選項。
Solid45 3-D實體。用于3維實體結構模型。8個節點,每個節點3個自由度,x,y,z三個方向。該元素有塑性,徐變,膨脹,應力強化,大變形和大應變能力。提供帶有沙漏控制的縮減選項。各向異性選用solid64.。solid45的高次形式使用solid95.
Solid46 3維8節點分層實體。是solid45的分層形式,用于模擬分層殼或實體。該元素允許達到250層。如果需要超過250層,需要用到一個構成矩陣選項。該元素也可通過選擇的方法進行累積。每個節點有3個自由度:x,y,z方向。
Solid64 3維各向異性實體。該元素有8個節點定義,每個節點3個自由度:x,y,z方向。具有應力強化和大變形能力。提供限制特大位移以及定義輸出位置的選項。該元素有各種不同的應用,如用于晶體和合成物。
Solid65 3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。用于混凝土時,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)和地質材料(如石塊)。元素由8個節點定義,每個節點3個自由度:x,y,z方向。可以定義3個不同鋼筋。混凝土元素與solid45相似,只是比它多了能被拉裂和壓碎的能力。該元素最重要的方面是它具有非線性材料的性能。混凝土可以(在三個正交方向)開裂、壓碎、塑性變形和徐變。鋼筋可以抗拉壓,但不能抗剪。也可以具有塑性變形和徐變的性能。
Solid92 3維10節點四面體結構實體。具有二次位移,適用于模擬不規則網格。該元素由10個節點定義,每個節點3個自由度:x,y,z方向。具有塑性,徐變,膨脹,應力強化,大變形,大應變能力。
ANSYS分析結構靜力學中常用的單元類型
類別 |
形狀和特性 |
單元類型 |
桿 |
普通 雙線性 |
LINK1,LINK8 LINK10 |
梁 |
普通 截面漸變 塑性 考慮剪切變形 |
BEAM3,BEAM4 BEAM54,BEAM44 BEAM23,BEAM24 BEAM188,BEAM189 |
管 |
普通 浸入 塑性 |
PIPE16,PIPE17,PIPE18 PIPE59 PIPE20,PIPE60 |
2-D實體 |
四邊形 三角形 超彈性單元 粘彈性 大應變 諧單元 P單元 |
PLANE42,PLANE82,PLANE182 PLANE2 HYPER84,HYPER56,HYPER74 VISCO88 VISO106,VISO108 PLANE83,PPNAE25 PLANE145,PLANE146 |
3-D實體 |
塊 四面體 層 各向異性 超彈性單元 粘彈性 大應變 P單元 |
SOLID45,SOLID95,SOLID73,SOLID185 SOLID92,SOLID72 SOLID46 SOLID64,SOLID65 HYPER86,HYPER58,HYPER158 VISO89 VISO107 SOLID147,SOLID148 |
殼 |
四邊形 軸對稱 層 剪切板 P單元 |
SHELL93,SHELL63,SHELL41,SHELL43,SHELL181 SHELL51,SHELL61 SHELL91,SHELL99 SHELL28 SHELL150 |
結構靜力學中常用的單元類型
類別 |
形狀和特性 |
單元類型 |
桿 |
普通 雙線性 |
LINK1,LINK8 LINK10 |
梁 |
普通 截面漸變 塑性 考慮剪切變形 |
BEAM3,BEAM4 BEAM54,BEAM44 BEAM23,BEAM24 BEAM188,BEAM189 |
管 |
普通 浸入 塑性 |
PIPE16,PIPE17,PIPE18 PIPE59 PIPE20,PIPE60 |
2-D實體 |
四邊形 三角形 超彈性單元 粘彈性 大應變 諧單元 P單元 |
PLANE42,PLANE82,PLANE182 PLANE2 HYPER84,HYPER56,HYPER74 VISCO88 VISO106,VISO108 PLANE83,PPNAE25 PLANE145,PLANE146 |
3-D實體 |
塊 四面體 層 各向異性 超彈性單元 粘彈性 大應變 P單元 |
SOLID45,SOLID95,SOLID73,SOLID185 SOLID92,SOLID72 SOLID46 SOLID64,SOLID65 HYPER86,HYPER58,HYPER158 VISO89 VISO107 SOLID147,SOLID148 |
殼 |
四邊形 軸對稱 層 剪切板 P單元 |
SHELL93,SHELL63,SHELL41,SHELL43,SHELL181 SHELL51,SHELL61 SHELL91,SHELL99 SHELL28 SHELL150 |
文章出處:大學生論壇
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