shell的案例
Conventional shell versus continuum shell
Conventional shell versus continuum shell
Shell elements are used to model structures in which one dimension, the thickness, is significantly smaller than the other dimensions. Conventional shell elements use this condition to discretize a body by defining the geometry at a reference surface. In this case the thickness is defined through the section property definition. Conventional shell elements have displacement and rotational degrees of freedom.( 使用殼單元常常來模擬結(jié)構(gòu)，其中一個維度，即厚度，明顯小于其他維度。傳統(tǒng)的殼單元利用這個條件，通過在參考面上定義幾何形狀來離散一個物體。在這種情況下，厚度是通過截面屬性定義的。傳統(tǒng)的殼體有位移和轉(zhuǎn)動自由度。)
In contrast, continuum shell elements discretize an entire three-dimensional body. The thickness is determined from the element nodal geometry. Continuum shell elements have only displacement degrees of freedom.
展開 Moldex3D仿真分析之Shell建模的厚度
許多塑料產(chǎn)品的塑件厚度與融膠流動長度比率非常小，因此可使用如下圖所示的薄殼 (Shell) 模型仿真成型行為。
下方列出薄殼 (Shell) 模型的一般特色。
?若塑件厚度小于熔膠流動長度 (厚度/維度比小于 0.1)，則可忽略厚度方向的流動。
?這種結(jié)合幾何與厚度定義的方式被稱為薄殼假設(shè) (Thin Shell Assumption)，被用于架構(gòu)薄殼 (Shell)模型。
Shell 分析定義
?若要建立塑件模型，可利用中間面法簡化塑件幾何。同時會指定模型屬性厚度方向的相符厚度，以完成幾何建模。
Shell 模型建模
指定 Shell 建模的厚度
架構(gòu)幾何中間面的關(guān)鍵在于熟悉 CAD 工具，因此無法自動產(chǎn)生 Shell 模型。而且，用戶必須執(zhí)行許多指令將實體模型轉(zhuǎn)為薄殼 (Shell) 模型，這是在操作 CAE 工具時最耗力的工作。經(jīng)過多年的研發(fā)，Moldex3D Mesh 已經(jīng)可以提供功能強大，用戶容易上手的操作接口。如果使用者熟捻 Moldex3D Mesh 工具，一天之內(nèi)即可完成大部分模型類別的網(wǎng)格作業(yè)。
薄殼 (Shell)模型的網(wǎng)格分類
Moldex3D 提供兩種薄殼 (Shell)模型網(wǎng)格元素：線性線元素與線性三角元素。一般而言，流道、冷卻水路以及熱澆道都是由線元素定義。塑件與特定澆口，例如扇形澆口是由三角元素定義。
Shell 模型的兩個元素類別
網(wǎng)格簡化
若要執(zhí)行仿真，通常會根據(jù)理論使用有限元素分析將整個幾何區(qū)域細分為許多小元素。此步驟稱為網(wǎng)格劃分。如果網(wǎng)格密度不足，幾何有可能會偏離原始形狀，例如在導(dǎo)圓角區(qū)域。網(wǎng)格密度越高代表系統(tǒng)仿真實際幾何的成功率越高。但是網(wǎng)格密度越高，則需要更多的運算資源。
在仿真作業(yè)中，可利用幾何簡化預(yù)估澆口的流動模式，同時保持系統(tǒng)的主要行為。
展開 Positive normal definition for conventional shell
A positive pressure load applied to a shell element produces a load that acts in the direction of the positive normal.(正法線方向定義了通過殼體厚度變化的壓力載荷應(yīng)用和輸出量的慣例。施加在殼單元上的正壓力載荷產(chǎn)生的載荷作用方向為正法線.)
Three-dimensional conventional shells(三維傳統(tǒng)的殼)
For shells in space the positive normal is given by the right-hand rule going around the nodes of the element in the order that they are specified in the element definition.(對于空間中的殼層，正法線由右手規(guī)則給出，按照元素定義中指定的順序圍繞元素的節(jié)點。)
(Positive normals for three-dimensional conventional shells.)
展開 Moldex3D模流分析之Thin Shell Assumption
許多塑料產(chǎn)品的塑件厚度與融膠流動長度比率非常小，因此可使用如下圖所示的薄殼 (Shell) 模型仿真成型行為。
下方列出薄殼 (Shell) 模型的一般特色。
?若塑件厚度小于熔膠流動長度 (厚度/維度比小于 0.1)，則可忽略厚度方向的流動。
?這種結(jié)合幾何與厚度定義的方式被稱為薄殼假設(shè) (Thin Shell Assumption)，被用于架構(gòu)薄殼 (Shell)模型。
Shell 分析定義
?若要建立塑件模型，可利用中間面法簡化塑件幾何。同時會指定模型屬性厚度方向的相符厚度，以完成幾何建模。
Shell 模型建模
指定 Shell 建模的厚度
架構(gòu)幾何中間面的關(guān)鍵在于熟悉 CAD 工具，因此無法自動產(chǎn)生 Shell 模型。而且，用戶必須執(zhí)行許多指令將實體模型轉(zhuǎn)為薄殼 (Shell) 模型，這是在操作 CAE 工具時最耗力的工作。經(jīng)過多年的研發(fā)，Moldex3D Mesh 已經(jīng)可以提供功能強大，用戶容易上手的操作接口。如果使用者熟捻 Moldex3D Mesh 工具，一天之內(nèi)即可完成大部分模型類別的網(wǎng)格作業(yè)。
薄殼 (Shell)模型的網(wǎng)格分類
Moldex3D 提供兩種薄殼 (Shell)模型網(wǎng)格元素：線性線元素與線性三角元素。一般而言，流道、冷卻水路以及熱澆道都是由線元素定義。塑件與特定澆口，例如扇形澆口是由三角元素定義。
Shell 模型的兩個元素類別
網(wǎng)格簡化
若要執(zhí)行仿真，通常會根據(jù)理論使用有限元素分析將整個幾何區(qū)域細分為許多小元素。此步驟稱為網(wǎng)格劃分。如果網(wǎng)格密度不足，幾何有可能會偏離原始形狀，例如在導(dǎo)圓角區(qū)域。網(wǎng)格密度越高代表系統(tǒng)仿真實際幾何的成功率越高。但是網(wǎng)格密度越高，則需要更多的運算資源。
展開 
fluent中的wall thickness和shell conduction
如果你想對非零厚度的壁面使用非常數(shù)的導(dǎo)熱系數(shù)，你應(yīng)該使用“shell conduction”模型。
02—
shell conduction
若要為壁面啟用shell conduction，請在“壁面邊界條件”對話框中啟用shell conduction選項。然后你可以點擊編輯…按鈕打開shell conduction對話框，在這里可以定義Shell的單個或多個層的屬性。注意，必須為shell的每一層指定非零壁厚。當殼層進行傳導(dǎo)時，ANSYS Fluent不僅要計算法向(求解能量方程時總是要計算法向)壁面的導(dǎo)熱，而且要計算平面的導(dǎo)熱。當能量方程的解被激活時(除了映射交界面)，shell conduction選項將出現(xiàn)在墻對話框中。ANSYS Fluent的shell conduction可串行或并行讀取。
展開 Moldex3D模流分析Mesh參考資料之薄殼 (Shell) 網(wǎng)格-理論
許多塑料產(chǎn)品的塑件厚度與融膠流動長度比率非常小，因此可使用如下圖所示的薄殼 (Shell) 模型仿真成型行為。
下方列出薄殼 (Shell) 模型的一般特色。
?若塑件厚度小于熔膠流動長度 (厚度/維度比小于 0.1)，則可忽略厚度方向的流動。
?這種結(jié)合幾何與厚度定義的方式被稱為薄殼假設(shè) (Thin Shell Assumption)，被用于架構(gòu)薄殼 (Shell)模型。
Shell 分析定義
?若要建立塑件模型，可利用中間面法簡化塑件幾何。同時會指定模型屬性厚度方向的相符厚度，以完成幾何建模。
Shell 模型建模
指定 Shell 建模的厚度
架構(gòu)幾何中間面的關(guān)鍵在于熟悉 CAD 工具，因此無法自動產(chǎn)生 Shell 模型。而且，用戶必須執(zhí)行許多指令將實體模型轉(zhuǎn)為薄殼 (Shell) 模型，這是在操作 CAE 工具時最耗力的工作。經(jīng)過多年的研發(fā)，Moldex3D Mesh 已經(jīng)可以提供功能強大，用戶容易上手的操作接口。如果使用者熟捻 Moldex3D Mesh 工具，一天之內(nèi)即可完成大部分模型類別的網(wǎng)格作業(yè)。
薄殼 (Shell)模型的網(wǎng)格分類
Moldex3D 提供兩種薄殼 (Shell)模型網(wǎng)格元素：線性線元素與線性三角元素。一般而言，流道、冷卻水路以及熱澆道都是由線元素定義。塑件與特定澆口，例如扇形澆口是由三角元素定義。
Shell 模型的兩個元素類別
網(wǎng)格簡化
若要執(zhí)行仿真，通常會根據(jù)理論使用有限元素分析將整個幾何區(qū)域細分為許多小元素。此步驟稱為網(wǎng)格劃分。如果網(wǎng)格密度不足，幾何有可能會偏離原始形狀，例如在導(dǎo)圓角區(qū)域。網(wǎng)格密度越高代表系統(tǒng)仿真實際幾何的成功率越高。但是網(wǎng)格密度越高，則需要更多的運算資源。
展開 shell單元與solid單元結(jié)點耦合
shell單元與solid單元結(jié)點耦合
brilliance 發(fā)表于simwe.com
結(jié)點的自由度耦合
SOLID95 單元的每個結(jié)點具有三個自由度：UX, UY, UZ，而SHELL93 單元的每個結(jié)點具有六個自由度：UX, UY, UZ, ROTX, ROTY, ROTZ。僅僅經(jīng)過布爾操作使得在內(nèi)板與外壁保證在連接處共線是不能夠完全連接單元結(jié)點自由度的，以下的算例驗證了這點。
在ANSYS 軟件中可以采用耦合與約束方程來實現(xiàn)不同類型單元的連接，就本文的模型，由于外壁與內(nèi)板連接處結(jié)點過多，而且很難保證外壁結(jié)點與內(nèi)部結(jié)點的一一對應(yīng)，所以該方法實際操作起來很困難。
本文提出一個方便實用的操作方法，既能保證在連接處結(jié)點的自由度完全連接，又能方便建模。如圖1 所示，在柵板與外壁連接處用divide 命令將外壁分為兩部分，將外壁兩部分的交界面也用SHELL93 單元劃分網(wǎng)格，同時保證交界面上的SHELL93 單元的結(jié)點與體單元SOLID95 的結(jié)點一一對應(yīng)，如圖2 所示。經(jīng)過這樣處理后，在交界面上的SHELL93 單元結(jié)點與SOLID95 單元結(jié)點的自由度一致，由此可以保證內(nèi)板與外壁連接處的結(jié)點的自由度保持一致。
圖1 分割外部圓筒 圖2 交界面網(wǎng)格劃分
算例驗證
只保留2 mm 厚的外部圓筒與2 mm 厚的內(nèi)部柵板來建立驗證算例模型，如圖3 所示：
算例A：外壁與內(nèi)板同為Area，用SHELL93 單元劃分網(wǎng)格。
算例B：外壁與內(nèi)板同為Volume，用SOLID95 單元劃分網(wǎng)格。
算例C：外壁為Volume，用SOLID95 單元劃分網(wǎng)格；內(nèi)板為Area，用SHELL93
單元劃分網(wǎng)格。兩者保證在連接處共線。
展開 Moldex3D仿真分析之使用熔膠通道建立Shell網(wǎng)格模型
Shell網(wǎng)格在模流分析中具有許多優(yōu)勢，特別適合薄件分析。它能夠大幅降低計算時間與計算資源，并可在設(shè)計初期快速驗證，幫助用戶更有效進行產(chǎn)品開發(fā)。針對Shell網(wǎng)格建模需求，Molex3D Studio 2025提供多項功能，如T型縫補，讓使用者快速縫補兩片不連續(xù)的網(wǎng)格點，實現(xiàn)精確且高效的網(wǎng)格銜接；性質(zhì)則能提高建立Shell網(wǎng)格的靈活性與便利性，加速設(shè)計變更與前處理過程，為使用者省下大量建模時間。
其中，熔膠通道是Molex3D Studio 2025針對Shell網(wǎng)格建模提供的新功能。熔膠通道是一種用于模擬導(dǎo)流通道以提升熔膠流動性能的屬性線段。當熔膠流動至熔膠通道區(qū)域時，能顯著提升流動性，模擬出更精確的波前行為。此功能不僅簡化導(dǎo)流設(shè)計流程，還提高Shell網(wǎng)格在模流分析中的應(yīng)用范圍與效率。
以下將說明使用熔膠通道建立Shell網(wǎng)格模型的操作流程與技巧。
操作流程
條件限制
1. 熔膠通道屬性僅支持Shell網(wǎng)格。
2. 熔膠通道的屬性線段兩端必須在網(wǎng)格點上（建議使用萃取網(wǎng)格邊功能）。
前處理準備
步驟 1：開啟Moldex3D Studio的Shell網(wǎng)格專案。組別1為含有均一厚度1mm的塑件，且無設(shè)定熔膠通道的組別。組別2為復(fù)制組別1信息文件后，尚未設(shè)定熔膠通道的組別。
步驟 2：于組別2中，切換至工具頁簽并點擊萃取網(wǎng)格邊，選取要建立熔膠通道的兩條網(wǎng)格邊后，點擊√即可建立兩條曲線。
注1：本范例中所萃取的兩條網(wǎng)格邊皆為特征線的位置，若模型上未有特征線，可透過分割面建立出特征線后，再生成網(wǎng)格。
注2：若未使用萃取網(wǎng)格邊，須手動將網(wǎng)格點銜接至曲線的兩個端點。
步驟 3：于模型樹中選取兩條曲線，點擊鼠標右鍵并選擇屬性，將其設(shè)定為熔膠通道。
展開 shell和solid自由度耦合的例子
這是一張兩種單元transition前后shell單元的結(jié)點示意圖，紅圈內(nèi)為結(jié)點變化情況。上圖為不設(shè)置的情況，6自由度的shell結(jié)點位于shell的midsurface上，未能和top/bottom上的solid結(jié)點相耦合，此時軟件能生成.dat文件，但計算時出錯，模型在各種計算模式下均不收斂。這也是我們大家經(jīng)常遇見的錯誤。下圖則為耦合完成后的結(jié)點樣式，shell結(jié)點分離為兩個3自由度結(jié)點，從而與solid結(jié)點耦合。當自由度設(shè)置正確時，一切計算均正常。
最后附上一個用shell和solid耦合模擬的鋼管范例，約束的加法見命令流，一點個人成果僅供大家討論，參考。
pipe=shell+solid.rar
展開 ANSYS不同單元類型連接專題(三)—Solid-Shell連接
今天我們開始討論Solid-Shell單元的連接。
我們知道，Shell單元有6個自由度，而Solid單元只有3個自由度，因此不能通過簡單的共節(jié)點方法實現(xiàn)Solid-Shell單元的連接。下面我們通過一個實例，研究下在ANSYS中是怎么實現(xiàn)Solid-Shell單元連接的。
對簡單的薄壁結(jié)構(gòu)進行分析時，我們通常將其簡化成殼模型，可極大降低計算量，但在板上開一個階梯孔（如下圖），就沒法將其簡化成殼模型了，但如果主要研究階梯孔附近的應(yīng)力情況，且不能有太大的計算量，此時我們可以采用Solid-Shell模型實現(xiàn)。
為了對比計算結(jié)果，筆者采用兩種方法對該結(jié)構(gòu)進行分析：
方法一：對整個結(jié)構(gòu)使用
Solid單元進行分析；
方法二：
階梯孔附近使用Solid單元，其余位置使用Shell單元。這樣就引入了不同單元類型連接的問題。
仿真過程
Step1
建立分析模型
在SCDM中建立如下圖所示的分析模型，其中薄板尺寸為200mm*100mm，厚度為10mm；階梯孔大孔直徑為30mm，深5mm；
階梯孔
小孔直徑為
20mm
，
深5mm。
將模型切分為兩部分，切分位置如下圖所示。切分完成后將沒帶階梯孔的部分進行抽中面處理。
Step2
建立分析項目
打開Workbench，選擇Static Structural模塊，并傳入上一步建立的幾何模型。本次分析使用默認的結(jié)構(gòu)鋼材料。雙擊Model進入Mechanical。
展開 Moldex3D模流分析之Shell模型成型模擬
Shell模型成型仿真
Shell分析的流程
建立Shell項目 (Create a Shell Project)
開啟Moldex3D Studio并建立一個新的項目。在主頁簽 (Home Tab ) 的解決方案 (Moldex3D Solution) 中，選擇制程類型 (Molding Type)為射出成型 (Injection Molding)；網(wǎng)格類型 (Mesh Type)為Shell網(wǎng)格。
再來匯入Shell 模型，在主頁簽 (Home Tab ) 的模型 (Model) 中，雙擊 匯入幾何 (Import Geometry)，選擇事先準備好的幾何模型 [TOYCAR.stl]。當幾何模型匯入完成后，窗口會跳至模型頁簽 (Model Tab)。
注：目前Shell網(wǎng)格僅支持Moldex3D Studio中的射出成型(Injection Molding)；幾何類型則是支持MSH檔案、STL檔案 和NAS檔案。
模型屬性 ( Model Attribute)
接著我們來指定幾何模型的屬性，單擊剛剛匯入的幾何模型，在模型頁簽 (Mode Tab)的匯入與分析 (Import and Analysis)中，單擊 屬性 (Attribute)，啟動 屬性精靈(Attribute Wizard)，將模型的屬性指定為 塑件 (Part)，接著單擊右下角的關(guān)閉來完成設(shè)定。
在模型頁簽 (Mode Tab)的匯入與分析 (Import and Analysis) 中，單擊 修改厚度 (Modify Thickness)。單擊選擇圖示并框選好欲修改厚度的特征網(wǎng)格后，單擊下一步(Next) 來設(shè)定模型的厚度。
展開 
Adams Car中路面簡介及3d shell的構(gòu)造
3d 路面可以表征在XYZ三個方向的坐標變化，又分為3d spline路面，3d shell路面，crg路面，rgr路面，其中，crg格式的路面是一種通用格式，一般實際掃描的路面常用的格式，3d spline與3d shell路面也可以轉(zhuǎn)換為crg路面，以提高計算速度；rgr路面是cosin公司的，配合ftire使用。
最常用的搭配方式：ftire+crg（實掃路面），用于平順性耐久分析，這個需要比較雄厚的資金。做操穩(wěn)分析或者做頻率比較低的平順性分析，3d spline與3d shell用的也較多，這時候輪胎模型是PAC。3d spline可以認為路面是盡量光滑（spline構(gòu)造）的，障礙物邊緣過渡也是光滑的，與輪胎的接觸方式是單點接觸（one-point）用于操穩(wěn)分析，也可以是3d 包絡(luò)接觸（enevoloping），用于越障分析，此分析要求PAC包含更多的參數(shù)。但是3d spline比較難構(gòu)造特定的障礙物，比如邊緣過渡不是光滑的，或者是隨機路面，這種情況使用3d shell的比較多，3d shell是將路面離散成三角單元，與輪胎之間采用的是等效體積（equivalent volume）接觸。
由于此路面采用的是三角離散單元，需要輸入每個節(jié)點的坐標，及組成每個單元的節(jié)點號。可以用matlab等軟件按照一定規(guī)則生成，也可以借助有限元軟件。這里主要講下如何借助有限元工具構(gòu)造3d shell中的單元。
首先，將CAD軟件中構(gòu)造的路面導(dǎo)入，使用三角網(wǎng)格進行劃分，并導(dǎo)出成bdf格式，用記事本打開。其中可以看到每個節(jié)點的坐標，及每個單元的節(jié)點編號，將其復(fù)制出來，再打開模板自帶的路面，另存為自己需要的名稱，按照路面中的節(jié)點及單元格式，稍微修改從bdf文件中拷出來的，并復(fù)制到此路面中即可。
展開 降溫法+追蹤法模擬巖土開挖與支護中的shell面殼單元與實體solid element合理連接
（3）殺死開挖的巖體和追蹤的shell單元組，并激活支護的shell單元組，計算平衡后，開挖過程完畢。
**如果開挖洞室比較長時，如200m，模型會出現(xiàn)收斂問題，其原因是shell面殼單元rotation自由度過大，調(diào)節(jié)收斂參數(shù)也不好用，尤其是tie綁定非共節(jié)點情況，不知道大家是否遇到，有什么好的解決方法。
excave.rar
Moldex3D模流分析模型之Shell 薄殼模型
Shell 薄殼模型 (Shell Model)
當項目建立并設(shè)定為Shell (薄殼模型)類型后, 點擊網(wǎng)格頁前來切換過去。利用薄殼模式來為塑料成型建模可以大大地增加求解器計算時的速度。雖然與3D建模時相比多少在功能上有些限制(尤其特殊成型制程)，大部分的工具在Shell也都能使用到。最大的區(qū)別就是網(wǎng)格頁簽(Mesh Tab)簡化并入了Shell的模型頁簽(Model Tab)，即本節(jié)所要介紹的前處理作業(yè)。
?匯入 (Import)
單擊匯入幾何 (Import Geometry) 并選擇要匯入的模型組件。支持匯入的文件格式與Solid建模相同，常見的匯入項目為點和線對象(IGS)或是塑件和模座的表面網(wǎng)格(STL,NAS等)。單擊匯入網(wǎng)格 (Import Mesh)，匯入一個完成的網(wǎng)格模型(MSH)，代表該模型可直接用于后續(xù)仿真作業(yè)。對于自行創(chuàng)建幾何對象，也可以使用模型頁簽的精靈或是工具頁簽中的工具。
?屬性 (Attribute)
對于匯入的模型組件，其只有幾何信息。單擊屬性 (Attribute)可為幾何對象指定屬性和更多參數(shù)特性進行制程仿真，根據(jù)被選定對象的格式，將會有不同的屬性提供給用戶做選擇。
?表面網(wǎng)格組件
塑件 (Part)：定義為熔融塑料流動通過形成最終產(chǎn)品的主要區(qū)域。
模座 (Mold Base)：被匯入的模座必須為一封閉幾何，其內(nèi)部包含所有的組件，主要用于流道和冷卻系統(tǒng)的建模。
?線組件
冷/熱流道 (Cold/Hot Runner)：定義流道系統(tǒng)的配置，請?zhí)峁M截面型式和尺寸參數(shù)。如果啟用對稱元素 (Symmetric Element)，軟件將會是此部分為一個分支，其通過的塑料流量等于流過型腔的其他區(qū)域。
展開 Moldex3D模流分析之Moldex3D Shell 網(wǎng)格模型-快速范例教學
導(dǎo)出 Shell 模型 (Export Shell Model)
單擊 Export Shell Model 來儲存 Shell 模型 (*.msh)。
