ansys 殼單元實例
關注創建者：王靖雯 創建時間：2023-03-07
ansys 殼單元實例的視頻教程
abaqus土木實例第二期-梁單元與殼單元的完美節點耦合兼一個簡單框架模型的例子
視頻一：通過一個兩層單跨的框架結構，講解如何在abaqus中實現梁單元與殼單元的共節點耦合，防止脫開，是一種與tie相比更優的方法。 視頻二：提供另一種實現梁單元與殼單元的共節點耦合的方法。 可另外提供abaqus有償一對一服務，qq897938834
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ansys 殼單元實例的實例教程
一、目標
1、實體單元鋪層過程
2、對比復材殼單元與實體單元模擬結果
二、實例說明
1、材料參數：選擇軟件自帶（FAW290，RC39）
2、模型尺寸：100*200mm，片體，單層厚度：0.3mm
3、鋪層：[45/0/-45/90]s、[45/0/-45/90]4s
4、模型四周固定，中間面加載0.4Mpa壓力
5、生成實體單元，查看層間應力、失效情況
三、仿真過程
前面步驟與實例1一樣
鋪層結束后在ACP（pro）界面生成實體
若為多結構產品鋪層，需連接處需填充樹脂，模擬成型固化后樹脂填充。
shell normal殼單元法向填充，不改變反向，
surface normal填充方式為新生成實體單元的法向改變下一層實體單元拉伸方向
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四、結果對比
1、從結果看，厚2.4mm，殼單元與實體單元分析結果差異較小；
2、厚度9.6mm，屬于大變形范圍，殼單元與實體單元應力差異較大，變形差異較小；
3、此實例結果僅供參考，實際過程產品結構不會這么簡單，存在實心區域，蜂窩結構，金屬件與復材搭接，復材變截面等結構，整理來說，厚度較薄時可采用薄殼單元處理。
展開 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 ?一、目標
1、殼單元鋪層過程
2、失效分析
?二、實例說明
1、材料參數：選擇軟件自帶（FAW290，RC39）
2、模型尺寸：100*200mm，片體，單層厚度：0.3mm
3、鋪層：[45/0/-45/90]s
4、模型四周固定，中間面加載0.4Mpa壓力
5、查看層間應力、失效情況
三、仿真過程
1、輸入材料參數
采用軟件自帶材料(T700級別)
2、導入模型
3、網格劃分
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4、前處理-更新模型/修改單位
5、前處理-fabric
6、前處理-Rossetts/OSS
軟件默認X軸必須為紗片0°方向
7、前處理-ModelingPly
8、前處理-查看鋪層角度/鋪層參考方向/鋪層法向/鋪層后厚度
9、邊界設置
10、Model查看分析結果
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展開 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 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。
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一、目標
1、實體單元鋪層過程
2、對比復材殼單元與實體單元模擬結果
二、實例說明
1、材料參數：選擇軟件自帶（FAW290，RC39）
2、模型尺寸：100*200mm，片體，單層厚度：0.3mm
3、鋪層：[45/0/-45/90]s、[45/0/-45/90]4s
4、模型四周固定，中間面加載0.4Mpa
?一、目標
1、殼單元鋪層過程
2、失效分析
?二、實例說明
1、材料參數：選擇軟件自帶（FAW290，RC39）
2、模型尺寸：100*200mm，片體，單層厚度：0.3mm
3、鋪層：[45/0/-45/90]s
4、模型四周固定，
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
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
當一個分析設計人躊躇滿志的建完一個模型，施加完載荷邊界條件，并看到求解結果的漂亮云圖的那一刻，我想內心一定是很欣喜和有成就感的，但是我們自以為很完美的整個分析流程中可能隱藏著各種問題和隱患，任何一個環節的小錯誤可能都會對計算結果產生極大的影響，正所謂差之毫厘謬以千里！一個合格的分析設計人必須具備一定的判斷結果合理性和準確性的能力，并通過結果反過來驗證模型的合理性以及載荷邊界條件施加的正確性，進而進一步確認結果的準確性
前面文章主要講解了2d梁單元與2d實體單元的剛接問題，今日主要講解3d梁單元與殼單元的剛接問題。前面文章有講，梁單元除ROtZ外與殼單元有5個自由度物理意義相同，因而，當需要考慮梁單元與殼單元的剛接問題時，只需考慮該自由度與殼單元其他自由度的約束方程。具體處理方式可根據實際情況采用不同的處理方法。
3d梁單元與殼單元剛性連接按照位置關系的不同，可分為三類：
導讀：要確定梁的放置方向，但是不知道怎么定義方向關鍵點，不會確定單元坐標系Z軸的方向，怎么設置？
一、問題描述
一個門字架，跨度L=6 m，集中力P=30 kN，彈性模量E=210 GPa，泊松比μ=0.3。工字鋼截面W1= W2= 140 mm，W3=360 mm，t1= t2= 12.8 mm，t3=7.5 mm。計算在水平集中力作用下的彎矩。
計算結果
彎矩圖
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
板殼彎曲理論簡介
1. 板殼分類
按板面內特征尺寸與厚度之比劃分：
當 L/h < (5~8) 時為厚板，應采用實體單元。
當 (5~8) < L/h < (80~100) 時為薄板，可選 2D 實體或殼單元
當 L/h > (80~100) 時為薄膜，可采用薄膜單元。
殼類結構按曲率半徑與殼厚度之比劃分
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
