solid185單元
關注創建者：CAE攻城獅 創建時間：2019-03-27
solid185單元的視頻教程
workbench中單元類型查看+solid186與solid185切換+兩種單元網格尺寸敏感度比較
本段視頻主要講解內容： 1、workbench中如何查看單元類型 2、workbench中常用實體單元solid185與solid186單元區別 3、兩種單元類型如何切換 4、兩種單元的網格尺寸敏感度對比
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solid185單元的實例教程
有限元在求解結構問題時，最先得到的是各個節點的位移，再通過彈性力學方程得到單元的應力和應變，得到的單元應力應變實際上是一個函數，這個函數能夠描述單元內所有位置處的應力場。無疑，這樣沒法在軟件中顯示結果，因此單元解需要確定一些積分點（高斯點），通過積分得到這些積分點的解，這些積分點的解代表單元解。
積分點通常和單元的節點位置不重合，因此想要得到單元節點的解，需要將積分點的解根據某種規則外推，以一種近似的方法得到單元節點的解。由于每個單元外推得到的單元節點解并不完全一致，因此，最初外推得到的單元的節點解不連續，為了讓其連續，將不同單元之間的節點外推得到的節點解進行算術平均，這樣在連續節點處的節點解僅有一個數值，這樣便得到實際在軟件中顯示的節點解。
簡短一點來說：單元解是積分點的解，節點解是外推后平均的解。很明顯，從數值精度上來講，單元解是高于節點解的。
采用ANSYS計算了一個簡單的模型，分別采用solid185單元和solid186單元，185單元是8節點單元，186單元是20節點單元，分別計算后查詢；
最終，單元總數185為256個，186為256個，單元劃分一樣，但是節點數不一樣，185單元劃分的模型節點數為459個，186單元劃分的為1605個。
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結果對比：
一、等效應力場
Plane42單元等效應力場
Plane182單元等效應力場
二、Y方向位移場
Plane42單元Y方向位移場
Plane182單元Y方向位移場
三、襯砌彎矩
Plane42單元襯砌彎矩
Plane182單元襯砌彎矩
通過對比可發現，兩者計算結果誤差較小，說明上述參數等效方法能較好的實現EDP材料模型參數的輸入，故而同學們在做類似巖土類模擬時可選擇如下方法進行：
一、采用低級單元Plane42、Solid45，材料模型采用經典DP模型；
二、采用高級單元Plane182、Solid185，材料模型采用EDP模型，模型參數可按本文所述方法進行計算
下載地址：solid186與solid185單元結果對比
展開 有很多連續介質和結構單元可以建模柔性體。
本文中兩個連桿定義為柔性體，柔性體由SOLID185單元劃分網格，一共使用876個SOLID185單元，下圖為有限元網格：
用CMS超單元建模柔性體
經常用使用模態綜合法（Component mode synthesis，CMS）建模柔性體以減小計算負擔，CMS方法的優點在于柔性多體系統中的很多自由度被一個限制自由度集所替代，因此減小了所需的計算時間。CMS超單元代表了柔性體的剛度和質量，并在分析階段用來替代標準單元。
以下是生成和使用CMS超單元的一般過程：
1. 準備柔體多體系統的整個模型（包括連接副載荷）
2. 為每個需要用CMS超單元代表的柔性體定義組分component
——建立節點組分（主組分）定義主自由度
——建立單元組分（從組分），依賴于住自由度
3. 生成能表示物體動態柔性的CMS子結構文件
4. 在標準分析中使用CMS子結構信息，CMS子結構信息用于定義表示柔性體的CMS超單元。
5. 將分析結果擴展到柔性體中的所有單元，重新獲得其應力和變形場。
6. 在模型中后處理應力和變形場的結果。
下列例子定義主和從組分：
下列例子輸入生成CMS子結構文件：
因為在分析階段認為振動的低階和高階模態同樣重要，所以使用自由界面方法（CMSOPT,FREE）生成子結構文件。
展開 問題描述
使用兩種不同的模型（BEAM188單元模型和SOLID185單元模型）模擬了具有形狀記憶效應的垂直螺旋彈簧。
彈簧在250 K的溫度下以馬氏體狀態加載1830 N的重量，然后加熱至400 K。在升高的溫度下，彈簧提升重量。然后將彈簧冷卻回250 K并再次拉伸。發生可重復的雙向運動，如圖所示：
建模
彈簧致動器的幾何結構在Mechanical APDL中創建，鋼絲直徑為4 mm，彈簧外徑為24 mm，節距為12 mm，帶兩個線圈，初始長度為28 mm，如下圖所示：
使用BEAM188單元創建相應的有限元模型。通過擠壓初始有限元模型并用SOLID185單元進行網格劃分，生成三維模型。
材料參數
彈簧致動器模擬中使用了鎳鈦合金的典型材料特性：
邊界條件和加載
彈簧致動器的頂部是固定的，底部加載1830 N的重量。位移在X和Y方向受到限制。彈簧在250K的溫度下被重物拉伸后，溫度升高至400K以提升重物，溫度降低至250K以降低重物。
分析和求解控制
使用大變形（NLGEOM，ON）和非對稱矩陣對全Newton-Raphson方法（NROPT，UNSYM）進行非線性靜態分析。整個解決方案分三個加載步驟完成，如圖所示：
比較了BEAM188和SOLID185模型的結果。
結果和討論
步驟1中載荷W拉伸的彈簧致動器如圖所示：
最大位移為43 mm，大于原始長度28 mm。
在步驟2中，在利用形狀記憶效應加熱后，彈簧致動器恢復到最大位移10 mm。
展開 對于焊接模擬，溫度場與應力場的順序耦合過程如下：先進行熱應力分析求得結構的溫度場，保存在rth.文件中；將模型中的單元轉變為對應的結構分析單元，并將上一步求得的熱分析結果當作體載荷施加到節點上，由此求解結構的應力應變分布。由于順序耦合中各物理場分析是相互獨立的，應用方式更有效和靈活，文中采用了順序耦合方法。
1.2 單元選擇
對工程構件的數值模擬，一般需要進行三維數值分析。有限元分析中，常用的三維單元為：熱分析實體單元solid70和單元solid90，應力場分析結構單元solid185單元和solid186。
solid70單元屬于六面體、8個節點的三維實體單元，靜態或瞬態的熱分析都適用，如圖1 所示。該單元的特點是由各向同性材料屬性定義。在進行焊接應力變形等結構分析時，此單元能夠轉化為等效的結構單元-solid185。
solid185單元用于構造三維固體結構。單元通過8個節點來定義，每個節點有3個分別沿著x、y、z方向平移的自由度。單元具有超彈性、大變形和大應變的特點。
solid90單元是屬于六面體、20節點三維實體單元，是solid70單元的高階形式，適用于三維穩態或瞬態熱分析。其主要特點是有適當的溫度協調形狀，對于模擬曲線邊界比較適用，所以也可以產生棱柱形狀的單元、四面體形的單元和金字塔型的單元，如圖2 所示。在進行焊接應力變形等結構分析時，此單元能夠轉化為等效的結構單元-solid186。
solid186是一個高階三維20節點固體結構單元，solid186具有二次位移模式，可以更好地模擬不規則的網格。單元通過20個節點來定義，每個節點有3個分別沿著x、y、z方向平移的自由度。solid186可以具有任意的空間各向異性，單元支持塑性、超彈性、蠕變、應力鋼化、大變形和大應變能力。
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4、粘結滑移的模擬，鋼筋采用link單元，混凝土采用solid185單元，在梁截面的兩個方向只須耦合其自由度，在縱向（縱筋方向）添加非線性彈簧Combin39即可，難度在于本構。在普通的鋼筋混凝土構件計算中考慮粘結滑移作用多此一舉，若研究課題中，鋼筋和混凝土間的粘結-滑移作用本身就是重點或者參數之一，可以試試這種建模思路。
采用六面體單元Solid45、Solid185和殼單元shell63 對各層結構及連接層進行網格劃分。由于每層特征各異，且焊錫層特征尺寸( 0.1 mm)與主體結構尺寸( 10 mm)存在量級上的差距，因此各層之間的網格匹配比較困難。
厚度為0.042 mm的涂抹加固的截面特性定義如下：
截面積為0.16053 mm2的離散加固的截面特性定義如下：
在選擇適當的基礎SOLID278和MESH200單元后，將創建加強構件（EREINF）并成形（/ESHAPE）：
對于下游結構分析，修改了SOLID278單元（EMODIF）以創建等價SOLID185單元。
在本例中，在此過程中會進行以下預處理
步驟：
•SOLID185單元設置KEYOPT（16）=1（啟用穩態分析）
•創建完整三維輪胎模型的元素組件（應用穩態分析中的載荷）用于輪胎道路接觸區域。如有必要，還可以修改輪胎-道路接觸副的摩擦系數。
結構體使用SOLID185單元。聲學空腔（聲端口、氣隙和殼體空腔）用FLUID30單元建模。氣隙用使用彈性空氣選項（KEYOPT（4）＝1）的SOLID226靜電結構單元（KEYOPT（1）＝1001）的一個單元層劃分網格。
材料和接觸屬性
結構材料屬性如下：
聲學材料屬性如下：
1.
根據MESH200單元和現有SOLID185單元，最終定義鋼筋（EREINF）將生成指定鋼筋265截面的涂抹鋼筋。
z方向上的附加鋼筋以相同的方式定義。
在定義僅網格單元（MESH200）后，將自動為兩個增強方向生成涂抹的增強單元（EREINF）。
如果需要，可以顯示生成的增強單元（EPLOT）。
問題描述
使用兩種不同的模型（BEAM188單元模型和SOLID185單元模型）模擬了具有形狀記憶效應的垂直螺旋彈簧。
彈簧在250 K的溫度下以馬氏體狀態加載1830 N的重量，然后加熱至400 K。在升高的溫度下，彈簧提升重量。然后將彈簧冷卻回250 K并再次拉伸。
• 對于尚未掃掠的網格，很難看到單元坐標系z軸是否垂直于分層實體SOLID278/SOLID279或SOLID185/SOLID186單元的IJKL面。考慮使用EORIENT命令來完成此操作。介紹中強調了這一點。在執行分層分析時，還要記住以下幾點：
–各層必須平行于IJKL面。
–單元坐標系z軸也必須垂直于IJKL面（面1）。
建模
下圖顯示了該模型的四分之一，這是該分析所需的全部內容：
建模塊體
鋼坯幾何在DesignModeler中建模并用SOLID185單元劃分(使用混合u-P公式KEYOPT(6)=1)，下圖顯示了塊的尺寸和網格：
注意，塊在頂面的兩端都有小圓角。圓角有助于與上輥建立接觸。如果沒有圓角，塊的銳角將導致局部奇點，分析將出現發散。
動脈和斑塊建模
簡化的兩層動脈和斑塊模型使用3D實體單元劃分，如下圖所示：
動脈層用9000個SOLID185層結構實體單元劃分，使用簡化加強應變公式（KEYOPT(2)=3），使用混合的u-P公式（KEYOPT(6)=1）來克服不可壓縮生物組織相關聯的體積自鎖。
