ansys殼單元中3D的案例
ANSYS各類型單元連接專題講解(五)之3D梁單元與殼單元剛接
例如采用ANSYS模擬一個多層混凝土框架結(jié)構(gòu)，一般除計算整體指標外，我們在計算具體荷載作用時（如風荷載、地震作用、恒載、活載等），樓板一般采用彈性版，此時可用殼單元模擬，主梁、次梁采用梁單元模擬，此時變?yōu)榱?em>單元包含在殼面內(nèi)的情況，當然此類情況是否需要考慮截面偏置，可根據(jù)具體工程而定。
對這中梁單元包含在殼單元面內(nèi)的情況，只需要將梁單元與殼單元共用節(jié)點即可，而無須格外建立約束方程。
三、梁單元在殼單元內(nèi)但不包含
此種情況為梁與殼位于同一面內(nèi)，但其中面不包含梁線，適用于多尺度建模分析（如下圖）。梁單元與殼單元的連接在端部可以通過剛性梁和剛性區(qū)域兩種方式連接。剛性梁采用MPC184單元，剛性區(qū)域采用Cerig命令，具體使用方法下期文章討論。
展開 ANSYS中桿單元和殼單元的單元耦合問題
在比較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)的有限元分析中，不同的結(jié)構(gòu)部件通常使用不同類型的單元來模擬。
通常情況下，不同類型的單元的各個節(jié)點的自由度數(shù)目是不同的，不同類型單元的連接節(jié)點處的自由度的耦合問題，是一個比較令人頭疼的問題。
在ANSYS中通常可以用耦合命令CP來耦合不同類型單元在連接節(jié)點處的自由度(DOF)。
也可以用CE命令來認為添加自由度之間的約束方程來達到耦合的目的。
下面是一個簡單的算例，使用了CE命令來耦合連接節(jié)點處的自由度。
模型是航天器的機翼的一個Section的某一個隔框。上下表皮是薄殼結(jié)構(gòu)，用Shell63單元來模擬，在上下表皮之間有起支撐作用的桿件，用link8單元來模擬。
建模的時候，link8單元和shell63單元在連接有各自獨立的節(jié)點。即：link8單元和shell63單元的節(jié)點在連接處是重合的，但是，節(jié)點編號是各自獨立的。
link8單元在每個節(jié)點有 ux,uy,uz3個平動自由度；
shell63在每個節(jié)點有ux,uy,uz這3個平動自由度和rotx,roty,rotz這3個轉(zhuǎn)個自由，共6個自由度。
在耦合節(jié)點處，兩個耦合節(jié)點的ux,uy,uz自由度應(yīng)該是相等的。
這個等式可以用CE命令來描述。
完整的命令流如下：
finish
/clear,start
/prep7
!定義第一種材料屬性；
mp,ex,1,30e6
mp,prxy,1,0.3
!定義shell63單元和實常數(shù)；
et,1,shell63
r,1,1e-3
!建立幾何模型；
rectng,31.8,33.2,0,0.3556
agen,2,1,1,1,0,0,1
a,1,4,8,5
a,6,7,3,2
KL,7,0.5, ,
KL,3,0.5, ,
在關(guān)鍵點處生成節(jié)點；
nkpt,100,4 !與編號為117的節(jié)點耦合
nkpt,101,9 !
展開 ansys workbench中設(shè)置變厚度殼單元
對于厚度尺寸相對于其他幾何尺寸較小的結(jié)構(gòu)，我們常常采用殼單元來代替三維實體單元進行分析。殼單元模型雖然不像三維實體模型那樣更接近真實模型，但其單元及節(jié)點數(shù)量少，計算量小，在工程中對復(fù)雜模型進行簡化時，采用殼單元能大大降低工作量和計算難度。
在建立殼單元模型時，我們需要輸入殼的厚度值，該厚度值可以在DM中設(shè)置，也可以在Mechanical中設(shè)置。DM中僅允許輸入常量厚度值（即等厚度），在Mechanical中可以設(shè)置隨某一坐標變量變化的厚度值。
等厚度模型
厚度隨坐標變化的模型
大多數(shù)情況下，以上厚度設(shè)置是能夠滿足工程分析需要的。但是，有一天突發(fā)奇想，我想建一個厚度值隨多個坐標值變化的模型，現(xiàn)有的方法以函數(shù)進行輸入厚度隨坐標變化時，只允許輸入一個變量，怎么辦？
workbench提供了一個很好的工具—External Data。用它，可以將任意位置的厚度值進行任意編輯，然后導(dǎo)入到Mechanical中。
展開 ANSYS中薄殼厚殼分類及單元特性
厚板理論是平板彎曲的精確理論，即從 3D 彈性力學出發(fā)研究彈性曲面的精確表達式。
4. 薄殼理論的基本假定
也稱為 Kirchhoff-Love（克希霍夫-勒夫）假定：
①薄殼變形前與中曲面垂直的直線，變形后仍然位于已變形中曲面的垂直線上，且其長度保持不變。
②平行于中曲面的面素上的正應(yīng)力與其它應(yīng)力相比可忽略不計。
但上述假定同時假定了兩種不相容的變形狀態(tài)，即平面應(yīng)變和平面應(yīng)力狀態(tài)。因此許多學者提出了許多修正理論，但是只要是基于 Kirchhoff-Love 假定為基礎(chǔ)的薄殼理論，其精度都不會超過 Kirchhoff-Love 理論的精度范圍。
為構(gòu)造協(xié)調(diào)的薄板殼單元，可采用多種方法，如增加自由度法、再分割法（也稱復(fù)合法）、離散克希霍夫（Discrete Kirchhoff Theory）法等，但都適用于薄板殼結(jié)構(gòu)，也不考慮橫向剪切變形的影響。
5. 考慮橫向剪切變形的殼理論
可考慮橫向剪切變形影響的理論，一般稱為 Mindlin-Reissner 理論，是將 Reissner 關(guān)于中厚板理論的假定推廣到殼中。
ANSYS殼單元
薄板殼單元基于 Kirchhoff-Love 理論，即不計橫向剪切變形的影響；中厚板殼單元則基于 Mindlin-Reissner 理論，考慮橫向剪切變形的影響。
在 ANSYS中，SHELL 單元采用平面應(yīng)力單元和板殼彎曲單元的疊加。除SHELL63、SHELL51、SHELL61 不計橫向剪切變形外（可用于薄板殼分析），其余均計入橫向剪切變形的影響（可用于中厚板殼分析）。
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ANSYS中如何獲取采用殼單元模擬時的截面內(nèi)力
部分朋友反應(yīng)在采用殼單元進行仿真計算時不知如何提取殼單元的截面內(nèi)力，今日水哥就殼單元的截面內(nèi)力提取方法簡單說明下，供諸君參考一二。
首先講講殼單元的應(yīng)力和內(nèi)力輸出。
薄殼單元和中厚板殼單元應(yīng)力和內(nèi)力的輸出項目不盡相同，對于薄殼單元如 SHELL63 就不輸出次要應(yīng)力（τxz、τyz）和內(nèi)力（Nx、Ny），而中厚板殼單元則輸出這些應(yīng)力和內(nèi)力。
注意，殼單元的內(nèi)力輸出均是相對于單元坐標系，單元各邊內(nèi)力相同，為該單元單位長度上的內(nèi)力，如 Mx 的單位為“力×長度/長度”，如需該單元的總彎矩則再乘以單元邊長即可。單元的內(nèi)力可通過單元表輸出，例如shell181的結(jié)果輸出示意圖如圖，單元表選項如下：
上述方法針對的是單個單元，然而實際計算過程中，我們常常需要獲取某個截面的總內(nèi)力，此時可通過計算獲取。一般而言，有兩種方式，一種是路徑積分法，另外一種是單元節(jié)點力求和法。水哥個人建議采用單元節(jié)點力求和法，簡單快捷。
單元節(jié)點力求和法需要掌握兩個命令：Spoint \ Fsum
Spoint,node,x,y,z
該命令定義力矩求和的位置點，如果求和不位于總體直角坐標系下，可輸入node定義或采用Rsys命令定義。
Fsum,lab,Item
該命令計算所選擇單元集中選擇節(jié)點集的所有節(jié)點力的合力和合力矩。因而在求具體某截面的內(nèi)力時，應(yīng)選擇該截面附件的單元以及節(jié)點。
下面以某懸臂板為例，闡述基本思路。
某混凝土懸臂板，板厚100mm，尺寸為900mmX2000mm，混凝土等級為C30，在板的端部100mm范圍內(nèi)受到均布荷載0.5KN/m^2，求板跨中間截面的剪力以及彎矩。
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