ansys單元形狀的案例
APDL自定義截面打開單元形狀后總是對不齊，怎么辦？
ANSYS中的自定義截面功能為用戶定義復雜截面提供了方便，然而部分同學在處理復雜截面時，有遇得到過明明截面外框尺寸都一樣，而網格劃分后打開單元形狀發現截面出現偏離對不齊的情況。
以下面的案例為例，此處自定義了兩個復雜箱梁截面，均采用在CAD建立好面域，導入ANSYS中劃分網格，然后在采用secwrite命令自定義截面。
兩個截面的外觀尺寸完全一致，唯一不同的是內部空心 形狀不一致！
截面一形式如下：
截面二形式如下：
導入ANSYS，劃分網格后，并打開單元形狀，截面如下：
從截圖中可看到，兩者截面交匯處有明顯的截面錯位，放大如下所示：
有的同學會認為兩者截面外部尺寸完全一樣，理論上應該重合才是，可為啥還有這種情況出現呢？
原因如下：
在ANSYS的梁單元截面定義中，ANSYS默認梁單元中心線(單元坐標系X軸)位于截面形心處，當用戶用secplot繪制截面形狀時所出現的Centroid Y和Centroid Z即為截面形心相當于截面定義原點的坐標。如果兩個截面的這兩個坐標不一致，就會出現類似上圖中的錯位現象！
單元坐標系X軸以截面形心位置為準
那么截面原點位于哪個地方呢？自帶截面庫對于雙邊對稱的情況（例如矩形，圓形），原點一般位于截面對稱中心處，而對于單邊對稱的情況（例如槽型截面），原點一般位于左下角原點。如果用戶采用了自定義截面，則原點位于用戶自定義截面時的坐標原點（0,0）處。
例如此處我們在cad中繪制截面時，坐標（0,0）位于頂部中心處，那么這個點就是我們截面的原點。
此處注意坐標系的轉換，雖然我們在cad中是X、Y坐標，但換到ANSYS截面定義中，x坐標代表單元坐標系Y軸，y坐標系代表單元坐標系Z軸。
展開 有限元單元形狀和大小對于計算精度的影響
單元形狀
我們知道，單元形狀對于有限元分析的結果精度有著重要影響，而對單元形狀的衡量又有著諸多指標，為便于探討，這里首先只討論第一個最基本的指標：長寬比（四邊形單元的最長尺度與最短尺度之比），而且僅考慮平面單元的長寬比對于計算精度的影響。
為此，我們給出一個成熟的算例。該算例是一根懸臂梁，在其端面施加豎直向下的拋物線分布載荷，我們現在考察用不同尺度的單元劃分該梁時，對于A點位移的影響。
這五種不同的劃分方式都使用矩形單元，只不過各單元的長寬比不同。
例如：
第一種 (1) AR=1.1，就是長寬比接近1；
第二種 (2) AR=1.5，就是長寬比是1.5.其它類推。
第五種 (5) AR=24，此時單元的長度是寬度的24倍。
現在我們看看按照這五種單元劃分方式對于A點位移的影響，順便我們也算出了B點的位移，結果見下表。
各種長寬比結果的比較
我們現在仔細查看一下上表，并分析其含義：
我們先考慮第一行，它是第一種單元劃分情況，此時每個單元的長寬比是1.1，由此我們計算出A點、B點的垂直位移，可以看到，A點的豎直位移是-1.093英寸，而B點的豎直位移是-0.346英寸。而這兩點我們都是可以用彈性力學的方式得到精確解的，其精確解分別是-1.152以及-0.360.這樣，我們可以得到此時A點位移誤差的百分比是：
[(-1.093)-(-1.152)]/1.152 = 5.2%
對于其它情況，也采用類似的方式得到A點位移誤差的百分比。
從上表可以看出來，隨著長寬比的增加，位移誤差越來越大，竟然大到56%。因此，如果我們是用長寬比為24的單元進行劃分的話，那么我們的結果可以說是完全錯誤的。
下面按照上表繪制出一張圖，該圖從形象的角度表達了上表的含義。
展開 CAESES與ANSYS耦合形狀優化
在ANSYS中進行形狀優化
為了能夠在ANSYS Workbench中實現CAESES動態變化，您需要在ANSYS Workbench中安裝CAESES的ANSYS APP（ACT擴展）。并通過CAESES組件更新并下載“.fsc”文件。幾何模型輸出并加載到ANSYS Workbench中之后，會自動使用在CAESES中選擇的文件格式。
在ANSYS Workbench中的CAESES組件更新后，其幾何設計變量會自動顯示在參數設置中。之后，就可手動或是通過優化工具（ANSYS的內置策略、optiSLang等）來改變這些變量參數設計得到新方案。
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展開 ANSYS中不同形狀的波函數書寫方法
以下為excel的圖像表達
函數.zip
作者文章.7z
作者：范文哲（fwz0703@163.com，公眾號：CAE_ANSYS）
在ANSYS中以CAESES進行形狀優化
CAESES中參數化幾何模型的設置
在ANSYS中進行形狀優化
為了能夠在ANSYS Workbench中實現CAESES動態變化，您需要在ANSYS Workbench中安裝CAESES的ANSYS APP（ACT擴展）。并通過CAESES組件下載并更新“.fsc”文件。幾何模型輸出并加載到ANSYS Workbench中之后，會自動使用在CAESES中選擇的文件格式。
使用CAESES-ANSYS自動生成幾何
導出的文件為ACIS(*.sat)格式，其中包含了大量的識別不同幾何部分的額外信息。在CAESES中，您可以為各個面自定義不同的顏色，它們會在ANSYS Workbench中轉化為標識符。在自動生成網格的過程中，您需要通過“命名選擇”來識別模型不同的顏色。您可以在處理好的幾何模型中找到更多的關于顏色的信息。
各個面的顏色標識
當更新好ANSYS Workbench組件后，幾何模型的設計變量就會自動顯示在參數設定區域。通過手動或優化工具改變這些參數，來生成新的設計方案。無論您需要解決何種CAE任務（如計算流體力學或結構分析），無論您使用何種求解器（如ANSYS Fluent，ANSYS CFX和ANSYS Mechanical），這一新的連接都可以為您提供完美的服務。
在ANSYS Workbench中進行自動形狀優化，并比較不同形狀幾何的性能
ACT應用開發
為了CAESES 和ANSYS Workbench之間的耦合連接，CAESES與CADFEM公司開展了緊密的合作。
在第一階段，為了解ANSYS中的ACT技術，CAESES工程師在CADFEM進行了系統的交流和培訓。
展開 Ansys | 基于熱效應的形狀記憶合金脊柱間隔器仿真分析
形狀記憶合金（SMA）能夠在發生大變形后不產生殘余應變（偽彈性），并且可以通過溫度變化從大變形中恢復（形狀記憶效應）。偽彈性和形狀記憶效應使其特別適用于航空航天、生物醫學和結構工程等領域。本仿真模擬了將形狀記憶合金用作脊柱間隔器的過程。
目標
熟悉形狀記憶合金
理解考慮熱效應的形狀記憶合金建模流程
建模步驟
1. 在 ANSYS Workbench 中創建靜力結構系統。定義形狀記憶合金的材料屬性（表 1）。
表 1. 脊柱間隔器材料屬性
2、導入幾何模型。脊柱間隔器植入物的幾何形狀如圖 1 所示。由于對稱性，僅創建1/4 模型。在ANSYS Mechanical 中對幾何體進行網格劃分。
圖 1. 四分之一間隔器幾何模型示意圖
3、定義分析設置和邊界條件。共創建六個分析步。
3.1 第一步，在剛性板上施加-3.375mm 的位移以壓縮脊柱間隔器；第二步開始時，移除位移，使間隔器可以自由變形。
3.2 從第三步開始施加熱載荷，溫度從23.85℃ 升高到 37.85℃。在此期間，由于未發生相變，間隔器的形狀保持不變。第四步，溫度從 37.85℃ 升高到 50.85℃，由于此步中未發生主要的相變，計算再次快速收斂。第五步，溫度升高到 51.85℃，收斂速度變慢，大部分形狀恢復發生在此步中。第六步，將溫度冷卻至 37.85℃，間隔器的形狀保持不變。
圖 2. 溫度條件示意圖
4、運行仿真。不同溫度下間隔器的變形和應力云圖如圖3所示。
圖 3.
展開 基于ansys的梁單元、實體單元徐變精細化分析（含各參數解釋） ￥25
2、改網格模型，改成自己對應的網格模型，網格用ansys，hypermesh，ansa等前處理軟件都沒問題。
3、改材料參數，改成你想要的徐變模型，對著規范或者是你做出來的試驗擬合曲線。
以上即可實際應用。
Ansys | 基于熱效應的形狀記憶合金脊柱間隔器仿真分析
形狀記憶合金（SMA）能夠在發生大變形后不產生殘余應變（偽彈性），并且可以通過溫度變化從大變形中恢復（形狀記憶效應）。偽彈性和形狀記憶效應使其特別適用于航空航天、生物醫學和結構工程等領域。本仿真模擬了將形狀記憶合金用作脊柱間隔器的過程。
目標
熟悉形狀記憶合金
理解考慮熱效應的形狀記憶合金建模流程
建模步驟
1. 在 ANSYS Workbench 中創建靜力結構系統。定義形狀記憶合金的材料屬性（表 1）。
表 1. 脊柱間隔器材料屬性
2、導入幾何模型。脊柱間隔器植入物的幾何形狀如圖 1 所示。由于對稱性，僅創建1/4 模型。在ANSYS Mechanical 中對幾何體進行網格劃分。
圖 1. 四分之一間隔器幾何模型示意圖
3、定義分析設置和邊界條件。共創建六個分析步。
3.1 第一步，在剛性板上施加-3.375mm 的位移以壓縮脊柱間隔器；第二步開始時，移除位移，使間隔器可以自由變形。
3.2 從第三步開始施加熱載荷，溫度從23.85℃ 升高到 37.85℃。在此期間，由于未發生相變，間隔器的形狀保持不變。第四步，溫度從 37.85℃ 升高到 50.85℃，由于此步中未發生主要的相變，計算再次快速收斂。第五步，溫度升高到 51.85℃，收斂速度變慢，大部分形狀恢復發生在此步中。第六步，將溫度冷卻至 37.85℃，間隔器的形狀保持不變。
圖 2. 溫度條件示意圖
4、運行仿真。不同溫度下間隔器的變形和應力云圖如圖3所示。
圖 3.
展開 ANSYS單元類型選擇方法 附ansys結構單元與材料應用手冊下載
下面是有關ANSYS分析中的單元選擇方法：
一、單元類型選擇概述：
ANSYS的單元庫提供了100多種單元類型，單元類型選擇的工作就是將單元的選擇范圍縮小到少數幾個單元上；
單元類型選擇方法：
1.設定物理場過濾菜單，將單元全集縮小到該物理場涉及的單元；
二、單元類型選擇方法
2.根據模型的幾何形狀選定單元的大類，如線性結構則只能用“Plane、Shell”這種單元去模擬；
3.根據模型結構的空間維數細化單元的類別，如確定為“Beam”單元大類之后，在對話框的右欄中，有2D和3D的單元分類，則根據結構的維數繼續縮小單元類型選擇的范圍；
三、單元類型選擇方法
4.確定單元的大類之后，又是也可以根據單元的階次來細分單元的小類，如確定為“Solid-Quad”，此時有四種單元類型：Quad 4node 42 Quad4node 183 Quad 8node 82 Quad 8node 183 前兩組即為低階單元，后兩組為高階單元；
四、單元類型選擇方法
5.根據單元的形狀細分單元的小類，如對三維實體，此時則可以根據單元形狀是“六面體”還是“四面體”，確定單元類型為“Brick”還是“Tet”；
五、單元類型選擇方法
6.根據分析問題的性質選擇單元類型，如確定為2D的Beam單元后，此時有三種單元類型可供選擇，如下：2D elastic 3 2Dplastic 23 2D tapered 54，根據分析問題是彈性還是塑性確定為“Beam3”或“Beam4”，若是變截面的非對稱的問題則用“Beam54”。
展開 ANSYS中的ASUB命令——通過已存在面的形狀生成一個面
由已存在面的2、4、6、7角點重新生成一個面
則生成的面如圖1所示
圖1 ASUB命令的操作結果
4.參考資料
ANSYS HELP 15.0
ANSYS網絡研討會——利用網格變形技術進行空氣動力學形狀探索和優化
本次網絡研討會說明了如何針對空氣動力學形狀優化問題制定快速解決方案。在網絡研討會上，我們提出了用 ANSYS Workbench 作為框架、RBF 作為變形技術、 ANSYS Fluent 作為求解器且以 DesignXplorer 作為實驗設計工具部署的新方法。
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利用網格變形技術進行空氣動力學形狀探索和優化
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 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梁單元與實體單元的耦合與約束方程
ANSYS梁單元與實體單元的耦合與約束方程
By長安CAE
1 概述
在ANSYS計算過程中，有時候會遇到不同單元之間進行連接，由于不同的單元自由度不同，連接時通常需要通過耦合和約束方程建立節點自由度的關系，保證結果的準確性。
耦合可以理解成是將耦合的對象某個自由度作相等處理，而約束方程則不局限于相等這個關系，其可以描述具有某種關系的自由度。如圖1所示，為梁單元與平面單元的連接。如果不采用約束方程，力矩的傳遞無法完成，因為平面單元沒有轉動自由度。
圖1 梁單元與平面單元連接
為使節點2具有力矩傳遞的能力，要求1、2、3節點之間的自由度滿足以下關系：
ROTZ2 = (UY3 - UY1)/10
再通過CE命令，即可將此關系通過約束方程的形式施加給1、2、3節點。
2 命令
查看ANSYS的幫助文檔，查詢CE命令的解釋，如圖2所示。
圖2 ANSYS的CE命令解釋
CE, NEQN, CONST, NODE1, Lab1, C1, NODE2, Lab2, C2, NODE3, Lab3, C3
其中，NEQT表示常數，用于區別約束方程，一般可以用數字1、2、3表示即可，表示第幾個約束方程；
CONST表示方程的常數項，一般為0；
NODE1，表示第一個節點；
Lab1，表示自由度標簽，對于結構而言，就是三個平移和三個轉動自由度；
C1，表示該自由度的系數；
同理，后面的也一樣。
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