solid185單元的案例
ANSYS中的節點解與單元解是怎么回事？附solid186與solid185單元結果對比文檔下載
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。
展開 solid186與solid185單元結果對比下載
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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 案例19 挖掘機臂裝配體的瞬態動力學分析
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 案例40-具有熱效應的形狀記憶合金（SMA）
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 
鋼結構焊接的Ansys數值模擬
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。
展開 ANSYS中的節點解與單元解是怎么回事？下次別說你還不懂
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。
查看ANSYS計算輸出的單元解，當單元為185時查詢兩個挨著的單元應力解如圖1所示：
圖1
當單元為186時查詢兩個挨著的單元應力解如圖2所示：
圖2
經過以上計算可以看出：
（1）無論是185單元還是186單元，計算后的單元解只輸出8個節點的值，這個非常奇怪，因為185單元和186單元的積分點數目不一樣，185為8個積分點，186為27個積分點；
（2）相鄰單元的共同節點的應力值不一樣，這個是合理的，因為每一個單元的節點解是根據各自的形函數計算并且外推的，有差別。
展開 有限元計算的節點解與單元解
有限元計算的節點解與單元解
關于有限元的節點解與單元解前一次的討論還有些抽象，而且具體在軟件里的體現也沒有涉及到，這次細致地對比計算了一些例子，對節點解和單元解的認識加深很多。在此之前，雖然一直都知道節點解和單元解的存在，但是并沒有去理會，單單憑感覺以為節點解是所有節點的解，應該比單元解更有說服力，能更好的描述結構的承載結果。
事實上這等理解非常之片面。
理論基礎決定軟件能用的多好，軟件終究只是工具而已。
經過上次文章的了解，知道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。
展開 ansys workbench鋼筋混凝土建模方法
本文小結:
1、 Mw或DPC+HSD模型，可以說是官方首推的方法，workbench最適用的方法，其solid185和solid186(混凝土)和reinf單元（鋼筋）完美適合用（workbench 2020r2以后版本推出，鋼筋采用此單元，鋼筋與混凝土節點自動耦合），和《混規》GB50010的本構模型相比，DP模型區分了彈性段，強化段，軟化段，殘余應力段。未屈服前按照彈性材料處理，屈服后根據用戶選擇的HSD模型進行計算。中國規范中在峰值拉壓應變前后本構模型為冪函數，HSD模型中的Expotential HSD和中國規范為接近，實際中既可以采用指數函數的HSD也可以采用線性的HSD來進行計算。方法1是王新敏老師推薦的方法。
2、損傷-塑性微平面模型（CPT215單元）在模擬混凝土軟化、下降段方面，優于solid65（壓根就沒有），Mw或DPC（通常采用solid185、186），之前看到一個消息，說官方不建議在wb中使用，但是我用WB2024R1測試，沒啥問題，可以與renif單元聯合使用，相比方法1，需要在WB中插入命令流。其最大的缺點是涉及12個參數，很容易調對一個行為，另一個行為出錯。
3、 MISO或BISO模型（SOLID65單元）以Willam-Warnke理論為主，可考慮混凝土開裂和壓碎行為，可采用分離模型和整體式模型，為鋼筋混凝土結構的分析提供了手段，比較老牌的方法，比較靠譜。但該單元計算分析的收斂問題很讓人頭痛，尤其在荷載-位移曲線水平段和下降段時。只支持與link180單元一同使用，鋼筋與混凝土單元需要共節點，因此復雜結構，網格劃分存在一些難度。
展開 2020Ansys新單元：CABLE280纜索單元簡介及應用舉例
應用舉例
用Cable280單元簡單模擬鉸車卷揚線纜過程
模型
建立一個內徑1000mm，外徑1200mm，寬500的實體環柱用于模擬絞車卷筒，長8000mm的線用于模擬線纜，在卷筒中心位置建立一個Keypoint。
其中：
l 卷筒外表面分割出一小塊，將用于與線纜端綁定約束，模擬繩卡固定。
l 卷筒內表面與中心點建立多點約束綁定，卷筒將繞中心轉動，以方便施加約束。
l 繩索與卷筒外表面建立摩擦接觸，以模擬卷纜過程。
假定卷筒材料為結構鋼，線纜材料為聚乙烯。
用Solid185單元來劃分卷筒，
用Cable280單元來劃分線纜。
▲ 圖2. 幾何模型
▲ 圖3. 有限元模型
材料屬性
邊界條件與加載
1、中心點：
Ux=0，Uy=0，Uz=0，ROTx=0，ROTy=0， ROTz=12.566(卷纜兩周)
2、線纜端點：
Fx=100，Uy=0，Uz=60（排纜側向位移），ROTx=0，ROTy=0，ROTz=0
位移結果動畫
展開 案例49-鋼筋混凝土板的載荷極限分析
建模
混凝土的單元公式基于SOLID185線性磚單元，具有簡化的增強應變公式（KEYOPT（2）=3）。實心幾何體在每個水平方向上有30個單元，在混凝土板的深度上有4個單元。
鋼鎧裝采用涂抹連續法建模，并與周圍混凝土共享相同節點：
使用位于深度hr處的兩個附加離散幾何區域對加固單元進行建模。對于每個附加區域，生成一個表面網格（MESH200）。
定義了涂抹的加固區域（SECTYPE，REINF，SMEAR），然后是相關的等效厚度和加固間距數據（SECDATA）。
通過生成的MESH200單元的局部單元參考坐標系（local）定義增強纖維的局部方向。
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）。
位于底層頂部的加強單元呈三角形單元的形式。
施加載荷
隨著鋼筋混凝土板的最終離散化，施加載荷。
通過在y方向施加g=9.81m/s2的重力加速度，產生現場恒載。然后進行載荷極限分析。
表面壓力載荷施加在混凝土板的頂面上，隨后增加，直到達到載荷極限。
載荷極限以數值收斂損失為標志，也可識別為所得載荷/位移曲線的水平切線。
材料屬性
使用修改的Drucker-Prager材料模型（TB,CONCR,,,DP）或Menetry-Willam材料模型（TB,CONCR,,,MW）定義混凝土材料。
指數軟化（TB,CONCR,,,HSD2）用于任一混凝土材料模型。
展開 案例53-MEMS麥克風的聲學分析
該示例問題演示了如何分析硅微加工麥克風的響應
使用聲學單元和靜電結構耦合場單元。
重點介紹了以下特性和功能：
• 三維聲學單元
• 聲學單元變形
• 三維靜電結構單元
• 線性擾動
介紹
大多數數字設備，如手機和平板電腦，都包括一個甚至幾個麥克風。微機電系統（MEMS）技術由于其微型尺寸（毫米），對于設計這些產品非常有用。
MEMS麥克風遵循電容原理。它由兩個硅基電極組成，由一個薄氣隙隔開；一個電極是剛性的（稱為背板），另一個是在聲壓下偏轉的膜。氣隙充當電極之間的介電材料，電容隨電極之間的距離而變化。
本示例說明了如何分析電容式MEMS麥克風的響應。
問題描述
下圖顯示了MEMS麥克風的幾何結構：
麥克風由一個聲音端口組成，壓力波從該端口進入并到達膜。硅移動膜的直徑為0.6 mm，厚度為0.5μm，并且包含允許麥克風兩側壓力通風的孔。這個膜與剛性背板之間的氣隙為2.2μm（尺寸取自Czarny）。背板包含穿孔，這些穿孔在膜兩側和殼體空腔上的壓力分布中發揮作用，這也是聲學設計的一部分。
建模
結構的三維模型在ANSYS DesignModeler中創建，并用實體單元劃分網格。
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. 根據低減縮頻率（LRF）近似，對于特定結構，考慮了粘性流體中的聲壓波與剛性壁之間的相互作用。
展開 
案例59-印刷電路板的熱結構分析
為了創建嵌入的加強單元（REINF264和REINF265），LINK33和SHELL131單元被修改（EMODIF）以創建等效的MESH200單元。
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。作為熱結合接觸對的一部分的CONTA174單元也被修改以說明結構解決方案。然后重新選擇增強單元REINF264和REINF265，以實現它們的結構自由度（EREINF）。
材料屬性
以下是22°C下銅、層壓材料和樹脂材料的熱性能和結構材料性能：
邊界條件和加載
穩態熱分析：邊界條件和加載
將內部發熱載荷應用于代表嵌入式銅跡線和通孔的選定MESH200單元組件：
在從MESH200和基礎構件交叉點創建加固（EREINF）后，應用于MESH200的邊界條件被轉移到涂抹加固構件（BFPORT）：
對流邊界條件應用于PCB的頂面和底面：
下游結構分析：邊界條件和加載
PCB的端部受到所有位移自由度的約束（以綠色表示）：
分析和求解控制
該求解包括穩態熱分析和下游結構分析。
在應用熱產生載荷和對流邊界條件后，穩態熱解是直接的。
隨后的結構解涉及從.rth文件（LDREAD）讀取溫度。
通過定義至少五個子步，可以實現大撓度。
位移收斂被啟用，熱流收斂被禁用（CNVTOL）。
展開 CABLE280纜索單元簡介及應用舉例
單元使用粘性正則化幫助收斂。
初始狀態
設置初始應力或初始應變，以保證求解的魯棒性。因為柔軟纜索側向剛度非常依賴軸力，若無初始應力或初始應變，總剛矩陣可能奇異，計算無法收斂。
應用舉例
用Cable280單元簡單模擬鉸車卷揚線纜過程
模型
建立一個內徑1000mm，外徑1200mm，寬500的實體環柱用于模擬絞車卷筒，長8000mm的線用于模擬線纜，在卷筒中心位置建立一個Keypoint。
其中：
■ 卷筒外表面分割出一小塊，將用于與線纜端綁定約束，模擬繩卡固定。
■ 卷筒內表面與中心點建立多點約束綁定，卷筒將繞中心轉動，以方便施加約束。
■ 繩索與卷筒外表面建立摩擦接觸，以模擬卷纜過程。
假定卷筒材料為結構鋼，線纜材料為聚乙烯。
用Solid185單元來劃分卷筒，用Cable280單元來劃分線纜。
▲ 圖2. 幾何模型
▲ 圖3.
展開 ANSYS 接觸分析 - 關于壓頭與壓痕問題的一個例子
建模過程如下：
1 定義單元類型：
定義兩種單元類型：
(1) SOLID185 單元，用于對體積劃分網格；
(2) Mesh200 單元，設置單元形狀為 4 節點四邊形：
對圓錐體劃分網格時，準備先對一個截面劃分面網格，然后掃描為體網格，為此需要定義 Mesh200 定義，用于面網格的劃分。
形狀 MESH200 單元形狀為 4 節點四邊形，是為了與 8 節點實體單元SOLID185 的表面網格相匹配。
2 定義兩種材料，其中鋁合金定義為雙線性彈塑性材料：
其中：
材料 1 為合金鋼：
彈性模量 E = 210000 MPa， 泊松比 ν = 0.3；
材料 2 為鋁合金。
彈性模量E = 71000 MPa， 泊松比ν = 0.33；
切線模量 E切 = 710 MPa，屈服應力 σs = 240 MPa。
展開 2000m3大型丙烯球罐整體有限元分析
幾何模型
本例球罐采用了各種單元的組合建模方法，因模型較大，球體采用Solid185增強應變單元，可在計算精度與Solid186單元相當且能保證計算精度的情況下，大大減小單元和網格節點數量，進而保證計算效率和計算時間的大大提高；支柱部分：支柱與球體的連接處是應力重點考察區域，因而上半部分支柱同樣采用Solid185增強應變單元，而下半部分支柱并非重點考察對象，在采用Shell181單元的情況下同樣可減小單元和網格節點數量；拉桿部分采用Link180單元。需要注意的是：不同單元組合建模時候需要考慮不同單元之間的連接問題，桿單元具有三個自由度，殼單元具有六個自由度，實體單元具有三個自由度，雖然桿單元與殼單元具有不同的自由度，但桿單元與殼單元可以實現網格節點的共享，而殼單元與實體單元則無法實現網格節點的共享，因而在殼單元與實體單元連接處需采用綁定接觸將二者聯系起來，詳細幾何模型見下圖：
網格劃分
網格劃分采用全六面體網格劃分，相對于實體部分，球體部分結構規則可切分出可掃掠的體，但球體與支柱連接部分因結構非常不規則，難以進行切分，但可劃出以六面體主導的網格，采用殼單元和桿單元的支柱和拉桿部分網格劃分則較為簡單，同時根據應力分析的需求將支柱與球體連接部分網格細化，而其它部分網格可粗化，在保證計算精度的前提下同時提高計算效率。
載荷施加
本例中只列出了一種計算工況：設計壓力+結構附件及腐蝕層的重量+操作介質液柱靜壓+25%風載荷+地震載荷+雪載荷，其中結構附件及腐蝕層的重量與球體重量一起采用密度折算法，以等效密度并施加重力速度的方法考慮球體及附件重量，操作介質液柱靜壓以WB中液柱靜壓力功能施加，風載荷以集中力形式施加，地震載荷以水平加速度施加，雪載荷以質量點形式施加。
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