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登錄殼體梁的案例
裝配體間隙、梁模態(tài)、殼體梁線性分析
裝配體、梁模態(tài)、殼體梁
來源:超凡仿真
梁殼體連接情況分析總結(jié)!
梁殼體的耦合問題小算例
!
ANSYS各類型單元連接專題講解(三)之梁與殼體鉸接
前面一篇文章主要講解了桿單元與各類單元連接的基本情況,在很多時候,我們使用梁單元的頻率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于桿單元,因而如何處理好梁單元與各類單元的連接是做好仿真模擬的關(guān)鍵。
梁單元與桿單元不同之處在于節(jié)點(diǎn)除了有平動自由度之外,還附加有轉(zhuǎn)動自由度。針對2D梁單元,節(jié)點(diǎn)具有Ux、Uy以及Rotz三個自由度;針對3D梁單元,節(jié)點(diǎn)具有Ux、Uy、Uz以及Rotx、Roty、Rotz以及WaRp(僅Beam18x系列單元)。
板殼單元實(shí)際上具有五個自由度,分別為Ux、Uy、Uz以及Rotx、Roty,但很多時候引入了第六個面內(nèi)轉(zhuǎn)動Rotz,但值得注意的是該自由度的含義與梁單元的Rotz含義并不相同。
2D實(shí)體單元節(jié)點(diǎn)自由度僅有Ux、Uy,3D實(shí)體單元節(jié)點(diǎn)自由度包含Ux、Uy、Uz。
從上面可見,不同單元類型其節(jié)點(diǎn)自由度的數(shù)目以及含義不一樣,因而在處理單元連接時,需根據(jù)實(shí)際情況分不同種類來確定其連接方法。但就梁單元而言,與各單元類型的連接可分為如下情況:
1)梁單元與殼、實(shí)體單元鉸接;
2)2D梁單元與2D實(shí)體單元剛接;
3)3D梁單元與殼單元剛接;
4)3D梁單元與3D實(shí)體單元剛接;
本篇介紹梁單元與殼、體單元的鉸接問題。
從上面介紹的三種單元節(jié)點(diǎn)自由度類型可見,梁單元與體單元節(jié)點(diǎn)的平動自由度物理意義相同,因此如果需實(shí)現(xiàn)梁單元與實(shí)體單元的鉸接,兩者共用節(jié)點(diǎn)即可;也可兩者無共用節(jié)點(diǎn),但具有重合節(jié)點(diǎn)時,直接耦合節(jié)點(diǎn)的平動自由度。
然殼單元與梁單元的節(jié)點(diǎn)自由度除了Rotz有所不同外,其余5個自由度皆具有相同的物理意義,因而當(dāng)梁單元與殼單元具有公共節(jié)點(diǎn)時,可認(rèn)為是除了Rotz外的一種剛性連接,例如最常見的建筑結(jié)構(gòu)梁板體系的模擬。
展開 ANSYS各類型單元連接專題講解(二)之桿與梁殼體單元的連接
按照桿、梁、殼、實(shí)體的順序,先說說桿單元與各單元的連接方法。
那么什么時候需要用到桿單元與各種單元的連接呢?水哥稍微列舉下實(shí)際工程中需要考慮此類連接的例子。
案例一:工業(yè)廠房
此類結(jié)構(gòu)一般橫向跨度較大,屋頂采用鋼結(jié)構(gòu)形式,在具體模擬屋架時,此時各個桿件可看成鉸接,采用桿單元模擬。而下方框架柱則采用梁單元進(jìn)行模擬,在相交部位則需要用到桿單元與梁單元的連接。
案例二:門廳鋼結(jié)構(gòu)雨棚
在具體模擬該結(jié)構(gòu)時,雨棚上方拉桿采用桿單元模擬,而下方的鋼梁采用梁單元模擬,混凝土框架柱可采用實(shí)體單元模擬。
一直以來,桿單元一般用于模擬桁架結(jié)構(gòu)的時候比較多,其特點(diǎn)是桿件兩端不考慮承受彎矩作用,節(jié)點(diǎn)只有平動自由度,是所有單元中最為簡單的一種。
桿單元分為2D桿單元和3D桿單元,2D桿單元節(jié)點(diǎn)只有Ux和Uy兩個平動自由度,而3D桿單元除了這兩個,還有Uz。其他單元,梁單元、殼單元、體單元都包含了這三個自由度,且具有相同的物理意義,按照前面一篇文章所介紹的連接總則,桿單元與其他單元連接時只需要共用節(jié)點(diǎn)即可,無需建立約束方程。
下面是一個簡單的類似雨棚案例,注意本案例各構(gòu)件尺寸僅為演示操作需要所擬,未經(jīng)仔細(xì)推敲,各工程大佬可忽略。
某屋外雨棚平面簡化模型如上,長度為4m,折算荷載為10 KN/m,雨棚梁采用工字型鋼I40,系桿截面面積為238.64mm^2,材料均為Q235,采用ANSYS模擬該結(jié)構(gòu)。
下面為建模過程
!=================
finish
/clear
/filname,gandanyuan
!==========
/prep7
!材料參數(shù)定義
!
展開 
基于批處理的ANSYS網(wǎng)格處理技術(shù)
眾所周知,大型梁和殼結(jié)構(gòu)的連接處理是一項(xiàng)非常繁瑣和耗時的工作。該技術(shù)對于處理大型的殼體和梁組件自動連接以及網(wǎng)格級自動焊縫創(chuàng)建,與傳統(tǒng)方法相比,大大縮短了前處理時間,為城市建筑、海洋平臺和造船等行業(yè)提供了行業(yè)領(lǐng)先的解決方案。
BatchConnections,又稱網(wǎng)格批量連接技術(shù),是ANSYS的專利技術(shù)。該功能主要用于實(shí)現(xiàn)由殼和梁組成的裝配結(jié)構(gòu)的批量連接,且可以使用修復(fù)拓?fù)湓诰W(wǎng)格級別上修改模型小特征。使用該功能首先需要在mesh全局控制中,打開meshbased connection功能,如圖所示。
在Batch connections中,如上圖所示,2022R1版本中新增了triangle reduction功能,可以控制不同程度(None、Conservative、Aggressive)減少三角形網(wǎng)格的數(shù)量。默認(rèn)選項(xiàng)為“Conservative”,保守地減少靠近邊界的三角形數(shù)量。Aggressive,更進(jìn)一步地通過移除內(nèi)部三角形和邊界三角形網(wǎng)格從而減少整體三角形網(wǎng)格數(shù)量。因此,Aggressive比Conservative能減少更多的三角形網(wǎng)格。如圖所示對比:
Batch Connections功能打開的前提下,接下來我們可以使用Connect、Washer、Deviation、Weld、RepairTopology 等功能實(shí)現(xiàn)梁殼模型的連接、控制和改善。
Connect:顧名思義,主要作用是通過探測網(wǎng)格容差的方法形成共節(jié)點(diǎn)網(wǎng)格。共節(jié)點(diǎn)網(wǎng)格形成后,可以通過顯示中的mesh connection—>by body connection查看是否成功,如右圖中節(jié)點(diǎn)相互連接處顯示玫紅色即為共節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)格。
展開 高效CAE仿真有絕招
使用梁和殼元素
某些幾何形狀也可以使用梁和殼單元建模。具有長跨度和較小厚度的結(jié)構(gòu)(例如梁,通道部分和金屬板)可以應(yīng)用殼體和梁元件,其在幾何上是2D但在空間上是3D的。對于桁架或細(xì)長梁,可以在嚙合時應(yīng)用梁單元。
使用這些元素可以顯著的減少元素和節(jié)點(diǎn)數(shù)量,并可以有效地減少仿真分析時間。如上圖所示,評估測試模型使用所有的三種原始類型:分別為實(shí)體,梁和殼。可以看出,所有三種模型都產(chǎn)生相同的結(jié)果,但模擬時間隨著梁和殼單元而減少。
以上的幾種方法需要CAE工程師擁有豐富的經(jīng)驗(yàn),對產(chǎn)品情況有一個準(zhǔn)確的判斷,才能熟練應(yīng)用各類CAE技術(shù)進(jìn)行高效、準(zhǔn)確的CAE仿真分析。 有限元科技依托十?dāng)?shù)年來1000多家企業(yè)的CAE仿真應(yīng)用經(jīng)驗(yàn),積累大量豐富的CAE工程師,為企業(yè)提供快速、精準(zhǔn)、全面的CAE應(yīng)用解決方案,選擇有限元科技,為您的企業(yè)帶來無限可能。
展開 使用dyna進(jìn)行結(jié)構(gòu)沖擊建議
// 基本備注
- 殼單元選擇:避免或盡量減少使用三角形單元(見*CONTROL_SHELL)
- 實(shí)體單元選擇:避免或盡量減少使用四面體、五面體(見*CONTROL_SOLID)
// *CONTACT
- 僅使用帶“_AUTOMATIC”的接觸類型,*CONTACT_AUTOMATIC_SINGLE_SURFACE
- 將可選卡A上的 SOFT 設(shè)置為 1
- 對于角(銳邊)表面的接觸處理,SOFT=2通常非常有效
- 對于有問題的殼體邊緣到殼體邊緣或梁到梁的接觸情況,請使用
*CONTACT_AUTOMATIC_GENERAL
// *CONTROL_HOURGLASS, *HOURGLASS
- 對于16號類型殼單元,將沙漏類型設(shè)置為8
- 對于其他殼單元公式,將沙漏類型設(shè)置為4
// *CONTROL_SHELL
- 如果三角形與四邊形在任何殼部分中混合,則將 ESORT 設(shè)置為1
- 將BWC=0 和PROJ=1 設(shè)置為殼類型10
// *CONTROL_SOLID
- 如果使用四面體或五面體(不推薦),并且這些形狀在實(shí)體部件中與六面體混合,則將ESORT設(shè)置為1
// *CONTROL_ENERGY
- 將所有參數(shù)設(shè)置為 2,以便計(jì)算所有能量
- 設(shè)置*DATABASE_GLSTAT、_MATSUM、_SLEOUT命令,以便報(bào)告能量
// *CONTROL_CONTACT
- 首先,將NSBCS設(shè)置為零或空置,以便使用默認(rèn)的排序間隔。此默認(rèn)值取決于所選的接觸類型
- 如果在消息文件中報(bào)告了小的滲透,請?jiān)O(shè)置IGNORE=1。還可以使用*CONTACT設(shè)置IGNORE。
展開 ANSYS各類型單元連接專題講解(一)之連接總則
一直以來,有不少同學(xué)咨詢水哥關(guān)于ANSYS中桿單元、梁單元、殼單元、實(shí)體單元的連接問題。之所以要用到各單元的連接,主要是由于我們在實(shí)際項(xiàng)目中,常常需要各種單元組合模擬,例如框架結(jié)構(gòu)計(jì)算中的框架柱、框架梁采用梁單元模擬,樓板采用殼單元模擬,如此便會產(chǎn)生各類型單元之間的連接問題。
為解決部分朋友們的疑問,水哥依自己的理解將從以下幾個方面系統(tǒng)講解下ANSYS中桿單元、梁單元、殼單元、實(shí)體單元的連接,其中若有不合理之處,還望各位朋友批評指正。
本系列講解目錄如下:
1、單元連接總原則。
2、桿與梁、殼、體單元的連接。
3、梁單元與實(shí)體單元鉸接。
4、2D梁單元與2D實(shí)體單元剛接。
5、3D梁單元與3D實(shí)體單元剛接。
6、殼單元與實(shí)體單元連接。
7、單元連接綜合實(shí)例。
本篇推文為該系列文章的首篇,主要說下ANSYS中單元連接總的原則以及簡單介紹兩個概念。
一般來說,按“桿梁殼體”單元順序,只要后一種單元的自由度完全包含前一種單元的自由度,則只要有公共節(jié)點(diǎn)即可,不需要約束方程,否則需要耦合自由度與約束方程。
例如:
(1)桿與梁、殼、體單元有公共節(jié)點(diǎn)即可,不需要約束方程。
(2)梁與殼有公共節(jié)點(diǎn)即可,也不需要約束寫約束方程;殼梁自由度數(shù)目相同,自由度也相同,盡管殼的rotz是虛的自由度,也不妨礙二者之間的關(guān)系,這有點(diǎn)類同于梁與桿的關(guān)系。
(3)梁與體則要在相同位置建立不同的節(jié)點(diǎn),然后在節(jié)點(diǎn)處耦合自由度與施加約束方程。
(4)殼與體則也要相同位置建立不同的節(jié)點(diǎn) ,然后在節(jié)點(diǎn)處耦合自由度與施加約束方程。
從上述也可見,ANSYS無非是通過三種方法來實(shí)現(xiàn)單元之間的連接:共用節(jié)點(diǎn)、耦合、約束方程。
這里簡單介紹下耦合與約束方程的基本概念。
展開 ANSYS接觸屬性
Beam/shell thickness effect (梁/殼厚度影響)
默認(rèn)情況,ANSYS 不考慮單元厚度,梁和殼體在其中面處離散化,穿透距離從中面處計(jì)算。使用這一選項(xiàng),可以考慮殼體 (2-D 和 3-D) 和梁 (2-D) 的厚度影響。激活這一選項(xiàng)時,接觸距離從單元的頂面或底面計(jì)算,且:
¨ 對于剛體-柔性體接觸,ANSYS 自動將接觸面移動到梁/殼體單元的頂面或底面處。
¨ 對于柔性-柔性接觸,ANSYS 自動移動屬于梁/殼體單元的接觸面和目標(biāo)面。
在創(chuàng)建幾何模型時,如果未來要考慮厚度,注意可以對接觸面或目標(biāo)面或二者進(jìn)行偏移。如果指定接觸偏移時激活了這一選項(xiàng),偏移將從梁/殼體單元的頂面或底面,而不是從中面,開始計(jì)算。
在使用 SHELL181, SHELL208 或 SHELL209 時,還考慮變形導(dǎo)致的厚度變化。
Element time increment (單元時間增量)
時間步長控制是一個自動時間步特性,它可以預(yù)測接觸狀態(tài)何時會改變或減小當(dāng)前時間步長。有 4 種情況可供選擇:
¨ No control (不控制):時間步長不受預(yù)測的影響。這一設(shè)置適合于激活了自動時間步和允許較小時間步長的大多數(shù)分析;
¨ Automatic bisection (自動二分):如果在迭代時出現(xiàn)較大的穿透或接觸狀態(tài)明顯改變,自動將時間步長取半;
¨ Maintain reasonable (保持合理值):對下一子步預(yù)測一個合理值;
¨ Achieve minimum (保持合理值):對下一子步預(yù)測一個最小時間增量。
展開 布袋除塵器外殼的安裝?
縱梁單件吊裝,裝置前復(fù)查柱頭的間距、對角,就位找正后停止焊接。 殼體全部裝置、焊接終了,請求驗(yàn)收。泊頭科凈環(huán)保設(shè)備有限公司
關(guān)于mpc
一般來說,按“桿梁殼體”單元順序,只要后一種單元的自由度完全包含前一種單元的自由度,則只要有
公共節(jié)點(diǎn)即可,不需要約束方程,否則需要耦合自由度與約事方程。
例如:
(1)桿與梁、殼、體單元有公共節(jié)點(diǎn)即可,不需要約束方程。
(2)梁與殼有公共節(jié)點(diǎn)即可,也不需要約束寫約束方程;殼梁自由度數(shù)目相同,自由度也相同,盡管殼
的rotz是虛的自由度,也不妨礙二者之間的關(guān)系,這有點(diǎn)類同于梁與桿的關(guān)系。
(3)梁與體則要在相同位置建立不同的節(jié)點(diǎn) ,然后在節(jié)點(diǎn)處耦合自由度與施加約束方程。
(4)殼與體則也要相同位置建立不同的節(jié)點(diǎn) ,然后在節(jié)點(diǎn)處耦合自由度與施加約束方程。
舉例:
有一長為100mm的矩形截面梁,截面為10X1mm,與一規(guī)格為20mmX7mmX10mm的實(shí)體連接,約束實(shí)體的端面,
在梁端施加大小為3N的y方向的壓力,梁與實(shí)體都為一材料 ,彈性模量為30Gpa,泊松比為0.3。本例主要
講解梁與實(shí)體連接處如何利用耦合及約束方程進(jìn)行處理。
命令流如下:
FINI
/CLE
/FILNAME,BEAM_AND_SOLID_ELEMENTS_CONNECTION !定義工作文件名
/TITLE,COUPLE_AND_CONSTRAINT_EQUATION !定義工作名
/PREP7
ET,1,SOLID95 !定義實(shí)體單元類型為SOLID95
ET,2,BEAM4 !定義梁單元類型為BEAM4
MP,EX,1,3E4 !定義材料的彈性模量
MP,PRXY,1,0.3 !定義泊松比
R,1 !定義實(shí)體單元實(shí)常數(shù)
R,2,10.0,10/12.0,1000/12.0,10.0,1.0 !定義梁單元實(shí)常數(shù)
BLC4,,,20,7,10 !
展開 
冷卻器緩沖罐應(yīng)力分析 ¥5
圖 12 模型網(wǎng)格
圖13 總位移云圖
圖14(a) 殼體外側(cè)應(yīng)力強(qiáng)度云圖
圖14(b) 殼體內(nèi)側(cè)應(yīng)力強(qiáng)度云圖
4.3梁連接
抑制四個遠(yuǎn)端固定位移約束,在Mechanical的Connection中插入Beam,根據(jù)慣性距相等,圓截面為πd**4/64,矩形截面為bh**3/12,得到梁的等效半徑為68.5mm,梁的連接為Body-Ground,運(yùn)動端作用在罐體與支撐梁連接處。
圖15 梁連接示意圖
圖16 總位移云圖
圖17(a) 殼體外側(cè)應(yīng)力強(qiáng)度云圖
圖17(b) 殼體內(nèi)側(cè)應(yīng)力強(qiáng)度云圖
梁的變形行為有rigid、deformable、beam,在此給出deformable的結(jié)果云圖。
綜上,以上幾種模型的最大變形以及殼體內(nèi)側(cè)最大應(yīng)力強(qiáng)度差不均不大;而殼體外側(cè)最大應(yīng)力位于殼體與支撐梁連接處,為局部應(yīng)力集中,因此有一定的區(qū)別,實(shí)際的真實(shí)模型由于焊縫的存在,并不會產(chǎn)生這樣的應(yīng)力集中。
若是對整體模型進(jìn)行強(qiáng)度校核,上述方法均適用;若考慮局部應(yīng)力,應(yīng)補(bǔ)充建立包含焊縫在內(nèi)的三維實(shí)體模型進(jìn)行局部校核。
展開 不同單元之間的連接問題和單元的選擇
一、不同單元連接
一般來說,按“桿梁殼體”單元順序,只要后一種單元的自由度完全包含前一種單元的自由度,則只要有公共節(jié)點(diǎn)即可,不需要約束方程,否則需要耦合自由度與約事方程。例如:
(1)桿與梁、殼、體單元有公共節(jié)點(diǎn)即可,不需要約束方程。
(2)梁與殼有公共節(jié)點(diǎn)怒可,也不需要約束寫約束方程;殼梁自由度數(shù)目相同,自由度也相同,盡管殼的rotz是
虛的自由度,也不妨礙二者之間的關(guān)系,這有點(diǎn)類同于梁與桿的關(guān)系。
(3)梁與體則要在相同位置建立不同的節(jié)點(diǎn)
,然后在節(jié)點(diǎn)處耦合自由度與施加約束方程。
(4)殼與體則也要相同位置建立不同的節(jié)點(diǎn)
,然后在節(jié)點(diǎn)處耦合自由度與施加約束方程。
例如:
桿與梁、殼、體單元有公共節(jié)點(diǎn)即可,不需要約束方程。
梁與殼有公共節(jié)點(diǎn)即可,也不需要約束寫約束方程;殼梁自由度數(shù)目相同,自由度也相同,盡管殼的rotz是虛的自由度,也不妨礙二者之間的關(guān)系,這有點(diǎn)類同于梁與桿的關(guān)系。
梁與體則要在相同位置建立不同的節(jié)點(diǎn),然后在節(jié)點(diǎn)處耦合自由度與施加約束方程。
殼與體則也要相同位置建立不同的節(jié)點(diǎn)
,然后在節(jié)點(diǎn)處耦合自由度與施加約束方程。
二、單元的選擇
初學(xué)ANSYS的人,通常會被ANSYS所提供的眾多紛繁復(fù)雜的單元類型弄花了眼,如何選擇正確的單元類型,也是新手學(xué)習(xí)時很頭疼的問題。
單元類型的選擇,跟你要解決的問題本身密切相關(guān)。在選擇單元類型前,首先你要對問題本身有非常明確的認(rèn)識,然后,對于每一種單元類型,每個節(jié)點(diǎn)有多少個自由度,它包含哪些特性,能夠在哪些條件下使用,在ANSYS的幫助文檔中都有非常詳細(xì)的描述,要結(jié)合自己的問題,對照幫助文檔里面的單元描述來選擇恰當(dāng)?shù)膯卧愋汀?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(diǎn)。
展開 ABAQUS 6.6產(chǎn)品主要分析功能
它們可以分為 8 個大類,稱為單元族,包括:
- 實(shí)體單元
- 殼單元
- 薄膜單元
- 梁單元
- 桿單元
- 剛體元
- 連接元
- 無限元
ABAQUS 還包括其中針對特殊問題構(gòu)建的特種單元如針對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)或輪胎結(jié)構(gòu)的加強(qiáng)筋單元( *Rebar )、針對海洋工程結(jié)構(gòu)的土壤 / 管柱連接單元( *Pipe-Soil )和錨鏈單元 (*Drag Chain) 等,這些單元對解決各行業(yè)領(lǐng)域的具體問題非常有效。
另外,用戶還可以通過用戶子程序自定義單元種類。
◇載荷、約束及連接
- 載荷
載荷包括均勻體力、不均勻體力、均勻壓力、不均勻壓力、靜水壓力、旋轉(zhuǎn)加速度、離心載荷、彈性基礎(chǔ),伴隨力效應(yīng),集中力和彎矩,溫度和其他場變量,速度和加速度等。
- 約束
除常規(guī)的約束外,還提供線性和非線性的多點(diǎn)約束 (MPC) ,包括剛性鏈、剛性梁、殼體 / 固體連接、循環(huán)對稱約束和運(yùn)動耦合等。
- 連接
ABAQUS 強(qiáng)大的接觸對定義與分析功能為管接頭接觸密封分析,鉸鏈連接分析,殼體密封分析等帶來極大的便利。
展開 技術(shù)分享|Ansys軟件如何考慮結(jié)構(gòu)中加強(qiáng)筋(加強(qiáng)膜)作用?
第二種方法,工程上一般將鋼筋模型等效為梁單元處理,混凝土模型等效為三維實(shí)體單元。此時需要處理的是梁單元和實(shí)體單元共節(jié)點(diǎn)問題,仿真中建議建模梁單元的時候根據(jù)實(shí)體幾何線建模,并把實(shí)體單元和梁單元組件在scdm中處理成merge或者share的形式。這種方法模型處理比較繁瑣,根據(jù)幾何線建模梁單元,需要對實(shí)體單元進(jìn)行切割。
SCDM中處理梁和實(shí)體共節(jié)點(diǎn)
第三種方法是將混凝土建模為沒有空隙和沒有鋼筋的幾何實(shí)體,并對鋼筋單元進(jìn)行獨(dú)立建模(建模時無需共節(jié)點(diǎn)),然后通過REINF26X系列單元完成鋼筋分配。該系列單元主要含REINF263 (2D)、REINF264 (3D)和REINF265 (3D)單元,又稱加強(qiáng)筋(用于梁加強(qiáng))或者加強(qiáng)膜(用于殼體加強(qiáng))單元,主要與“基礎(chǔ)”單元結(jié)合使用,并共節(jié)點(diǎn)。
REINF264單元(3D增強(qiáng)單元)
2020R2版本之前需要通過命令流實(shí)現(xiàn),主要步驟如下:
1. 生成基礎(chǔ)單元
2. 定義加強(qiáng)單元截面屬性和mesh200單元(臨時表示增強(qiáng)纖維的網(wǎng)格單元,不參與求解)
sectype,newsectype,reinf,discrete
secdata,secmatid,secarea,mesh
3. 將具有加強(qiáng)筋作用的梁或者殼體,通過emodify,修改為具有加強(qiáng)單元截面屬性的MESH200單元
cmsel, s, rebars, elem ! Select the name selection "rebars"
emodify, all, type, etype_id ! Change the element type to Mesh200
emodify, all, secnum, sectypeid !
展開