ansys 殼單元的案例
ANSYS巧用殼單元給實體劃分六面體網格
ANSYS巧用殼單元給實體劃分六面體網格
1 概述
眾所周知，ANSYS經典劃分網格的功能比較弱，映射劃分（Map）和掃掠劃分(Sweep)對幾何形狀的要求都十分高。而四面體網格一方面導致單元數目多余六面體，一方面給計算后處理帶來一定的不便。
有些情況下，幾何模型的結構導致即使再怎么對模型進行切分都不可能掃掠出六面體網格，這種情況下，可以巧妙地利用殼單元。
ANSYS經典里對于一個平面，劃分網格非常簡單，而且幾何形狀約束很少，即使是自由劃分的網格，一般情況下都比較規整。利用這個特點，用殼單元對面進行網格劃分，然后再對整個實體模型進行網格劃分。本次以一個例子示意此過程。
2 過程
首先在ANSYS經典界面定義兩個單元類型，分別是shell181和solid185。如圖1所示。
圖1 單元類型
建立幾何模型，采用block命令，建立100x40x10的長方體：
block,-50,50,0,10,-20,20
如圖2所示。
圖2 幾何模型
之后為了演示網格劃分，將模型切分成幾塊，如圖3所示。
圖3 切分模型
再然后選擇殼單元shell181，如圖4所示：
圖4 選擇shell181單元
然后設置模型最上層的面各個線條的分數：
圖5 操作
份數分別如圖6.
圖6 線條份數
之后點擊MeshTool，如圖7所示。
圖7 劃分面網格設置
如圖7設置，點擊Mesh，選中模型的最上一層表面劃分，得到圖8的結果。
圖8 面網格劃分
再重復前面的選擇單元的操作，選擇單元類型為solid185，并且在MeshTool里選擇Volumes 的掃掠（sweep）劃分，如圖9所示。
圖9 操作
點擊Sweep選中所有的體，即得到如圖10所示的網格。
展開 ANSYS巧用殼單元給實體劃分六面體網格
ANSYS巧用殼單元給實體劃分六面體網格
1 概述
眾所周知，ANSYS經典劃分網格的功能比較弱，映射劃分（Map）和掃掠劃分(Sweep)對幾何形狀的要求都十分高。而四面體網格一方面導致單元數目多余六面體，一方面給計算后處理帶來一定的不便。
有些情況下，幾何模型的結構導致即使再怎么對模型進行切分都不可能掃掠出六面體網格，這種情況下，可以巧妙地利用殼單元。
ANSYS經典里對于一個平面，劃分網格非常簡單，而且幾何形狀約束很少，即使是自由劃分的網格，一般情況下都比較規整。利用這個特點，用殼單元對面進行網格劃分，然后再對整個實體模型進行網格劃分。本次以一個例子示意此過程。
2 過程
首先在ANSYS經典界面定義兩個單元類型，分別是shell181和solid185。如圖1所示。
圖1 單元類型
建立幾何模型，采用block命令，建立100x40x10的長方體：
block,-50,50,0,10,-20,20
如圖2所示。
圖2 幾何模型
之后為了演示網格劃分，將模型切分成幾塊，如圖3所示。
圖3 切分模型
再然后選擇殼單元shell181，如圖4所示：
圖4 選擇shell181單元
然后設置模型最上層的面各個線條的分數：
圖5 操作
份數分別如圖6.
圖6 線條份數
之后點擊MeshTool，如圖7所示。
圖7 劃分面網格設置
如圖7設置，點擊Mesh，選中模型的最上一層表面劃分，得到圖8的結果。
圖8 面網格劃分
再重復前面的選擇單元的操作，選擇單元類型為solid185，并且在MeshTool里選擇Volumes 的掃掠（sweep）劃分，如圖9所示。
圖9 操作
點擊Sweep選中所有的體，即得到如圖10所示的網格。
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1 概述
眾所周知，ANSYS經典劃分網格的功能比較弱，映射劃分（Map）和掃掠劃分(Sweep)對幾何形狀的要求都十分高。而四面體網格一方面導致單元數目多余六面體，一方面給計算后處理帶來一定的不便。
有些情況下，幾何模型的結構導致即使再怎么對模型進行切分都不可能掃掠出六面體網格，這種情況下，可以巧妙地利用殼單元。
ANSYS經典里對于一個平面，劃分網格非常簡單，而且幾何形狀約束很少，即使是自由劃分的網格，一般情況下都比較規整。利用這個特點，用殼單元對面進行網格劃分，然后再對整個實體模型進行網格劃分。本次以一個例子示意此過程。
2 過程
首先在ANSYS經典界面定義兩個單元類型，分別是shell181和solid185。如圖1所示。
建立幾何模型，采用block命令，建立100x40x10的長方體：
block,-50,50,0,10,-20,20
如圖2所示。
圖2 幾何模型
之后為了演示網格劃分，將模型切分成幾塊，如圖3所示。
圖3 切分模型
再然后選擇殼單元shell181，如圖4所示：
圖4 選擇shell181單元
然后設置模型最上層的面各個線條的分數：
圖5 操作
份數分別如圖6.
圖6 線條份數
之后點擊MeshTool，如圖7所示。
圖7 劃分面網格設置
如圖7設置，點擊Mesh，選中模型的最上一層表面劃分，得到圖8的結果。
圖8 面網格劃分
再重復前面的選擇單元的操作，選擇單元類型為solid185，并且在MeshTool里選擇Volumes 的掃掠（sweep）劃分，如圖9所示。
圖9 操作
點擊Sweep選中所有的體，即得到如圖10所示的網格。
展開 ANSYS中薄殼厚殼分類及單元特性
為構造協調的薄板殼單元，可采用多種方法，如增加自由度法、再分割法（也稱復合法）、離散克希霍夫（Discrete Kirchhoff Theory）法等，但都適用于薄板殼結構，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）。
對于板殼單元還應注意以下幾個問題：
⑴ 面內行為
由于面內采用平面應力狀態，因此不存在“體積鎖死”問題，但“剪切自鎖”問題依然存在，因此許多單元采用了 ESF 以響應面內行為， 如 SHELL41、SHELL43 和SHELL63 單元等，SHELL181 支持橫向剪切剛度的讀入。
⑵ 面內轉動自由度
面內轉動自由度（Drilling DOF，簡稱 DDOF）也稱為法線自轉自由度、旋轉自由度、第 6 自由度等，因面內平動自由度可完全描述面內行為，故 DDOF 為“虛假”的自由度，其引入目的是便于單元剛度矩陣的轉換。
展開 
ANSYS中桿單元和殼單元的單元耦合問題
在比較復雜的結構的有限元分析中，不同的結構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點的自由度數目是不同的，不同類型單元的連接節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。上下表皮是薄殼結構，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點。即：link8單元和shell63單元的節點在連接處是重合的，但是，節點編號是各自獨立的。
link8單元在每個節點有 ux,uy,uz3個平動自由度；
shell63在每個節點有ux,uy,uz這3個平動自由度和rotx,roty,rotz這3個轉個自由，共6個自由度。
在耦合節點處，兩個耦合節點的ux,uy,uz自由度應該是相等的。
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；
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, ,
在關鍵點處生成節點；
nkpt,100,4 !與編號為117的節點耦合
nkpt,101,9 !
展開 ANSYS APDL實體單元和殼單元（不共節點）之間的連接 ￥100
實體單元和殼單元之間的連接是ANSYS中常見的問題。即使兩種單元之間共節點，但單元之間不連續（實體單元每個節點有3個平動自由度，而殼單元每個節點有3個平動自由度和3個轉動自由度），對于兩種單元之間面面接觸，可直接定義剛域，本文主要采用MPC法對實體-殼單元的連接方法進行說明。
1 單元類型
算例模型中，實體單元采用SOLID45，殼單元采用SHELL63，接觸位置不共節點。對于兩種單元之間的連接，通過目標單元TARGE170和接觸單元CONTA175實現，定義約束為實體-殼約束，接觸單元為MPC算法，接觸類型為綁定接觸。
2 有限元模型和綁定接觸
圖1 底部固定約束，殼單元施加均布荷載
圖2 目標單元和接觸單元
3 計算結果
圖3 von Mises stress
圖4 X-Component of displacement
付費內容為相關命令流。
展開 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構，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，此時變為梁單元包含在殼面內的情況，當然此類情況是否需要考慮截面偏置，可根據具體工程而定。
對這中梁單元包含在殼單元面內的情況，只需要將梁單元與殼單元共用節點即可，而無須格外建立約束方程。
三、梁單元在殼單元內但不包含
此種情況為梁與殼位于同一面內，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域兩種方式連接。剛性梁采用MPC184單元，剛性區域采用Cerig命令，具體使用方法下期文章討論。
展開 ANSYS殼單元分析箱梁
Analysis a box beam section with shell elements of ANSYS
! 用ansys的殼體單元分析箱梁
! Box dimension: 10*4*4m with shell thickness of 0.04m
! By Lu Xinzheng, Depart. Civil Engineering, Tsinghua University, Beijing
! 陸新征，清華大學土木系
! Aug. 2004
! Define the Element
! 定義單元
/PREP7
!*
ET,1,SHELL93
!*
! Define the section for shells
! 定義殼單元截面
R,1,.04, , , , , ,
!*
! Define the material
! 定義材料
MPTEMP,,,,,,,,
MPTEMP,1,0
MPDATA,EX,1,,200e9
MPDATA,PRXY,1,,.3
! Setup the model
! 建模
! Define the keypoints
! 定義關鍵點
k,1,0,0,0
k,2,4,0,0
k,3,4,4,0
k,4,0,4,0
! Define the lines
! 定義線
l,1,2
l,2,3
l,3,4
l,4,1
! Define the section area
! 定義截面
a,1,2,3,4
! Extrude a volumn from area
! 從面拉伸得到體
VEXT,1, , ,0,0,10,,,,
! Delete useless volumn and areas
! 刪除不必要的體和面
VDELE, 1
ADELE,1,2,1
! Mesh
!
展開 ansys workbench中設置變厚度殼單元
對于厚度尺寸相對于其他幾何尺寸較小的結構，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，但其單元及節點數量少，計算量小，在工程中對復雜模型進行簡化時，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中設置，也可以在Mechanical中設置。DM中僅允許輸入常量厚度值（即等厚度），在Mechanical中可以設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
大多數情況下，以上厚度設置是能夠滿足工程分析需要的。但是，有一天突發奇想，我想建一個厚度值隨多個坐標值變化的模型，現有的方法以函數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，然后導入到Mechanical中。
展開 ANSYS中如何獲取采用殼單元模擬時的截面內力
部分朋友反應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力，今日水哥就殼單元的截面內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力和內力輸出。
薄殼單元和中厚板殼單元應力和內力的輸出項目不盡相同，對于薄殼單元如 SHELL63 就不輸出次要應力（τxz、τyz）和內力（Nx、Ny），而中厚板殼單元則輸出這些應力和內力。
注意，殼單元的內力輸出均是相對于單元坐標系，單元各邊內力相同，為該單元單位長度上的內力，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。單元的內力可通過單元表輸出，例如shell181的結果輸出示意圖如圖，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，另外一種是單元節點力求和法。水哥個人建議采用單元節點力求和法，簡單快捷。
單元節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點集的所有節點力的合力和合力矩。因而在求具體某截面的內力時，應選擇該截面附件的單元以及節點。
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范圍內受到均布荷載0.5KN/m^2，求板跨中間截面的剪力以及彎矩。
展開 ANSYS SpaceClaim 中面抽取功能
熟悉經典ANSYS的工程師應該都知道，ANSYS里面Shell殼單元和Solid實體單元是經常使用的單元類型。殼單元適合模擬在一個方向的尺度（例如厚度）遠小于其他方向尺度的結構，這種結構如果使用實體單元，其計算量會比使用殼單元大大增加。而且，如果選實體單元，這類結構承受彎矩的時候，在厚度方向的單元層數太少會導致計算結果誤差比較大，不如殼單元計算準確。對于這類結構，我們宜通過抽取中面，使用殼單元進行模擬。所以在幾何前處理工作中，中面抽取是工程師需要了解和掌握的功能。下面將介紹SpaceClaim中的創建中間面功能。
2
Midsurface創建中間面
此工具可在兩個偏移面中間創建一個曲面。中間面將自動延伸或修剪至相鄰面，且兩面之間的距離將作為厚度屬性保存?？墒褂眠@些曲面進行有限元分析。
用高亮顯示顏色顯示選定的面對，如下圖所示。中間面將從藍色面偏移。綠色用于表示藍色面的配對面。未選定面及無偏移面顯示為原始顏色。
原始模型面偏移的厚度將作為Properties（屬性）面板Midsurface（中間面）部分中的
Thickness（厚度）屬性保存。此為面屬性，故必須在設計窗口而非結構樹中選擇面（即使其為單個面）。可更改此屬性，且通過 幾何建模
插件傳送至ANSYS后，該屬性即包含于ANSYS數據中。
Midsurface（中間面）工具可檢查并移除中間面中的小面，這些面在邊相當于零件厚度的一半時創建。
若Midsurface（中間面）工具發現由于雙側均不可偏移而造成的缺失面，將收到一條錯誤信息，并在錯誤框中列出缺失面。若工具無法創建中間面零件，問題面或邊將高亮顯示。
中間面繼承其父元件的材料屬性，但可對中間面對象的材料屬性進行更改。
展開 
matlab與Adams的機械臂運動學驗證
&Adams曲柄滑塊機構剛柔耦合分析
Hypermesh聯合Ansys殼單元約束模態分析
五、ADAMS
基于Adams的行星錐齒輪減速器動力學分析
Adams中鋼絲繩建模方法分析
庫卡六軸機器人動力學分析
基于Adams的機器手搬運仿真
基于Adams的Delta機器人運動學分析
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AQWA格式命令詳解
在水線位置可能有很多的節點，一個單元只有完全位于水線面以下，才是繞射單元，可用作進行水動力學分析。如果一個單元一部分在水線面上，一部分在水線面下，這個單元不是繞射單元。這就要求我們在建模時，需要在水線面位置對船體進行切割（布爾操作devide）以保證水線面是繞射單元與非繞射單元的分割面，保證計算精度。
ANSYS單元 PLANE42, SHELL41, SHELL43, SHELL63, 和 SHELL181 對應AQWA的單元類型為 PANEL, 管單元 PIPE16, PIPE20,和 PIPE59 對應AQWA的TUBE單元.本宏不能識別其他ANSYS單元類型。對于殼單元，AQWA建模不需要定義任何材料模型以及單元幾何屬性。注意水線面以下的殼單元法向方向一定朝外。
AQWA的TUBE單元截面參數有材料密度，外徑，壁厚，附加質量，拉曳力系數，所以在定義AQWA TUBE單元的時候，注意要選擇合適的ANSYS管單元用于定義這些參數。ANSYS PIPE59單元可以在水表中定義附加質量，拉曳力系數等參數。注意AQWA使用附加質量系數CA，而ANSYS使用慣性力系數CM，其中CM = (1 + CA) ，本宏會自動將慣性力系數轉換成AQWA的附加質量系數。 E
AQWA垂直軸（船高度方向）永遠是Z軸。ANSYS模型中垂直軸（船高度方向）可以為Y軸或是Z軸，如果是Y軸，本宏會自動轉換為AQWA模型的Z軸。但是要求X軸是船的長度方向（從船頭到船尾）。對于對稱結構也可以使用對稱選項。
AQWA繞射分析對網格密度的要求沒有ANSYS結構分析要求高。比較粗的網格就可以得到精度較高的結果。一般而言只要保證一個波長長度上，有7個以上的單元就能滿足繞射分析的精度。
本宏只生成AQWA重啟動1-2段輸入文件。
展開 ANSYS學習常見的問題以及問題解答。
6．了解最終所需要的成果
建立模型之前，應該充分了解最終要求提交什么樣式的成果，這樣能形成良好的網格，早期良好的建模規劃對于后期成果整理有很大的幫助；
7．撰寫分析文檔
文檔與分析過程力求保持同步，有利于小組成員之間的溝通和模型的檢驗和查證；
8．熟悉命令
對沒有把握的命令應該先用簡單模型熟悉之，千萬不能抱有“撞大運”的想法；
9．多種單元共節點
不同單元使用共同節點時注意不同單元節點自由度匹配問題導致計算結果的正確與否(《建模與分網指南》P 8 )
三維梁單元和殼單元的節點自由度數一致，但是應該注意到三維梁單元的轉動自由度和
殼單元的轉動自由度的含義不一樣。殼的ROTZ不是真實的自由度,它與平面內旋轉剛度相聯系，在局部坐標中殼的單元剛度矩陣ROTZ對應的項為零，對此不能將梁與殼單元僅僅有一個節點相連，例外的是當shell43
or shell63(兩者都有keyopt(3)=2)的Allman旋轉剛度被激活時。
Solid65 單元和 shell63 單元相連，相應平動自由度的節點力會傳到實體塊單元上，但是shell63單元的轉動自由度的節點唯一則不會傳到相連的
solid65單元上。
10．查找文獻資料確定混凝土的材料參數輸入（ Tb, concr, , , ）
11．預測內存和磁盤空間
大型復雜模型（例如10萬個節點，非線性問題，多工況問題，1000步以上的瞬態分析等等）求解之前預測求解所需要的求解時間、內存和磁盤空間，使分析盡在掌握之中；
12．收斂問題
影響收斂（不收斂，或者收斂緩慢）的原因很多，《非線性分析指南》一書上有很多關于避免發生收斂問題的建議；
對于以下參數，可以試一試這些參數對收斂速度以及結果精度的影響
neqit = 6～25?
展開 