ansys 矩形單元的案例
ansys: 周期性載荷激勵(lì)下矩形板諧響應(yīng)分析 ￥50
ansys命令流，兩種方法：模態(tài)疊加法和完全法
1. 變形圖
2. 頻響曲線
ANSYS分析 vs 理論解 | 矩形截面梁的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)
導(dǎo)讀：矩形截面梁的切應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)角用ANSYS怎么計(jì)算呢？與解析解吻合嗎？
一、模型演示
本試驗(yàn)演示了非圓形截面構(gòu)件在扭矩作用下的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。
取一根由海綿制成的矩形截面梁，在縱向畫出每個(gè)面的中心線，代表梁的中性層。再沿梁長度方向等間隔地畫出一系列垂直線，代表梁的不同橫截面。用塑料框架固定海綿梁的一端，對(duì)另一端施加扭轉(zhuǎn)。可以觀察到：
(1)代表梁橫截面的線不再保持平直。
(2)代表中性層的水平中心線與垂直線之間的夾角不再保持90°。
素材來源：
那么，矩形截面梁的切應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)角用ANSYS怎么計(jì)算呢？與解析解吻合嗎？
二、問題描述
矩形截面桿件的h= b = 20 mm，扭矩T= 200 N.m，剪切模量G = 80 GPa。計(jì)算矩形截面梁的切應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)角。
問題分析：只受扭轉(zhuǎn)，用梁單元BEAM188建模分析。梁單元的單元屬性有單元類型、截面屬性和材料屬性。設(shè)置材料屬性一般輸入彈性模量和泊松比，計(jì)算前需將剪切模量G轉(zhuǎn)換成彈性模量E，E =2G(1+u)。設(shè)泊松比u = 0.3，彈性模量E= 208 GPa。單位制mm、N和MPa。矩形截面桿件長度取80mm。
三、計(jì)算結(jié)果
經(jīng)過ANSYS建模計(jì)算，以下是矩形截面梁的切應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)角的計(jì)算結(jié)果。由此可見，當(dāng)梁的橫截面的份數(shù)多一些，更接近解析解。份數(shù)越多，ANSYS數(shù)值解趨于穩(wěn)定。
(1)計(jì)算結(jié)果列表
Nb和Nh是ANSYS中橫截面的份數(shù)，默認(rèn)是2份。
(2)扭轉(zhuǎn)角云圖
①Nb=Nh=2
②Nb=Nh=16
(2)切應(yīng)力云圖
①Nb=Nh=2
②Nb=Nh=16
四、理論計(jì)算
參考教材：劉鴻文. 材料力學(xué) I (第5版) [M]. 北京: 高等教育出版社, 2011: 91-93.
展開 【ANSYS算例】矩形容器內(nèi)液體三維晃動(dòng)模擬
</span></p><p> <span style="color: rgb(0, 0, 0);">本文的相關(guān)的模型和說明來源論文《</span><span style="color: rgb(0, 0, 0); background-color: rgb(255, 255, 255);">矩形容器內(nèi)液體三維晃動(dòng)特性研究</span><span style="color: rgb(0, 0, 0);">》，有需要的小伙伴可以下載論文閱讀。后續(xù)我將會(huì)繼續(xù)更新相關(guān)的內(nèi)容，大家一起交流學(xué)習(xí)！</span></p><p><span style="background-color: rgb(255, 255, 255);">參考文獻(xiàn)：賈善坡,許成祥,譚繼可.矩形容器內(nèi)液體三維晃動(dòng)特性研究[J].水電能源科學(xué),2012,30(01):142-144+216.</span></p><p><br></p><p><br></p><p><br></p><p class="ql-align-center">健康快樂每一天~</p><p><br></p><p><br></p><p><br></p><p><br></p><p><img src="https://img.jishulink.com/202108/imgs/f496917445304bcd93a7f7610a0dee22"> </p><p><br></p><p>掃二維碼丨關(guān)注我們</p><p><br></p><p><br></p><p><br></p>
展開 ANSYS與ABAQUS比較之實(shí)例3---矩形截面簡支梁的彈塑性分析--第1篇
下篇將說明ANSYS WB中的分析步驟，并將結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。
來源：宋博士的博客，版權(quán)歸作者所有。
ANSYS與ABAQUS比較之實(shí)例3---矩形截面簡支梁的彈塑性分析--第2篇
基于《ANSYS與ABAQUS比較之實(shí)例3---矩形截面簡支梁的彈塑性分析--第1篇》的問題和分析思想，本篇將使用ANSYS
Workbench進(jìn)行建模分析。
1.分析步驟
（1）創(chuàng)建靜力學(xué)分析，并設(shè)置分析類型為2D分析
（2）設(shè)置材料屬性，設(shè)置彈性模量為2e11Pa，泊松比為0.3，設(shè)置塑性行為，選擇塑性為雙線性等向強(qiáng)化模型，設(shè)置屈服強(qiáng)度為380MPa，切線模量為0，也就是理想的彈塑性模型材料。
（3）創(chuàng)建幾何模型，創(chuàng)建一個(gè) 2m x 0.2m 的長方形。
（4）賦予塑性材料屬性。
（5）劃分網(wǎng)格，設(shè)置網(wǎng)格尺寸為0.05m。
（6）施加位移邊界，約束左下角點(diǎn)的x,y方向位移和約束右下角點(diǎn)的y方向位移。
（7）施加載荷邊界，在上面的線上施加豎直向下的均布載荷，大小為8MPa。
（8）保持默認(rèn)的求解算法設(shè)置，進(jìn)行求解。
這時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)求解并不收斂，查看求解信息，我們可以看到，由于47號(hào)節(jié)點(diǎn)在UY的位移值為4033815.42m，該值大于軟件設(shè)置的最大位移上限值，提示我們檢查約束設(shè)置，可能是產(chǎn)生了剛性位移。然而對(duì)于這個(gè)問題來說，并不是約束不足而產(chǎn)生的剛性位移，而最大可能就是材料非線性的求解算法問題，但是在ANSYS中修改其他算法，皆無法求解收斂。下面將修改壓力值看看是否收斂。
（9）減少均布?jí)毫χ禐?MPa，再次進(jìn)行求解，這時(shí)我們發(fā)現(xiàn)，這次是可以求解收斂。
查看等效應(yīng)力，最大值為410.47MPa。
查看等效應(yīng)變。
2.結(jié)論
（1）在理想的彈塑性材料模型下，當(dāng)施加的載荷過大時(shí)，ANSYS求解很難收斂，而ABAQUS求解容易收斂。
展開 基于ansys的梁單元、實(shí)體單元徐變精細(xì)化分析（含各參數(shù)解釋） ￥25
2、改網(wǎng)格模型，改成自己對(duì)應(yīng)的網(wǎng)格模型，網(wǎng)格用ansys，hypermesh，ansa等前處理軟件都沒問題。
3、改材料參數(shù)，改成你想要的徐變模型，對(duì)著規(guī)范或者是你做出來的試驗(yàn)擬合曲線。
以上即可實(shí)際應(yīng)用。
ANSYS單元類型選擇方法 附ansys結(jié)構(gòu)單元與材料應(yīng)用手冊下載
六、單元類型選擇方法
7.進(jìn)行完前面的選擇工作，單元類型就基本上已經(jīng)定位在2-3種單元類型上了，接下來打開這幾種單元的幫助手冊，進(jìn)行以下工作：
仔細(xì)閱讀其單元描述，檢查是否與分析問題的背景吻合、
了解單元所需輸入的參數(shù)、單元關(guān)鍵項(xiàng)和載荷考慮；
了解單元的輸出數(shù)據(jù)；
下載地址：ansys結(jié)構(gòu)單元與材料應(yīng)用手冊
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(gè)節(jié)點(diǎn)的自由度數(shù)目是不同的，不同類型單元的連接節(jié)點(diǎn)處的自由度的耦合問題，是一個(gè)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(diǎn)處的自由度(DOF)。
也可以用CE命令來認(rèn)為添加自由度之間的約束方程來達(dá)到耦合的目的。
下面是一個(gè)簡單的算例，使用了CE命令來耦合連接節(jié)點(diǎn)處的自由度。
模型是航天器的機(jī)翼的一個(gè)Section的某一個(gè)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(shí)候，link8單元和shell63單元在連接有各自獨(dú)立的節(jié)點(diǎn)。即：link8單元和shell63單元的節(jié)點(diǎn)在連接處是重合的，但是，節(jié)點(diǎn)編號(hào)是各自獨(dú)立的。
link8單元在每個(gè)節(jié)點(diǎn)有 ux,uy,uz3個(gè)平動(dòng)自由度；
shell63在每個(gè)節(jié)點(diǎn)有ux,uy,uz這3個(gè)平動(dòng)自由度和rotx,roty,rotz這3個(gè)轉(zhuǎn)個(gè)自由，共6個(gè)自由度。
在耦合節(jié)點(diǎn)處，兩個(gè)耦合節(jié)點(diǎn)的ux,uy,uz自由度應(yīng)該是相等的。
這個(gè)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(shí)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(diǎn)處生成節(jié)點(diǎn)；
nkpt,100,4 !與編號(hào)為117的節(jié)點(diǎn)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(gè)多層混凝土框架結(jié)構(gòu)，一般除計(jì)算整體指標(biāo)外，我們在計(jì)算具體荷載作用時(shí)（如風(fēng)荷載、地震作用、恒載、活載等），樓板一般采用彈性版，此時(shí)可用殼單元模擬，主梁、次梁采用梁單元模擬，此時(shí)變?yōu)榱?em>單元包含在殼面內(nèi)的情況，當(dāng)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(duì)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(diǎn)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 APDL實(shí)體單元和殼單元（不共節(jié)點(diǎn)）之間的連接 ￥100
實(shí)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(jié)點(diǎn)，但單元之間不連續(xù)（實(shí)體單元每個(gè)節(jié)點(diǎn)有3個(gè)平動(dòng)自由度，而殼單元每個(gè)節(jié)點(diǎn)有3個(gè)平動(dòng)自由度和3個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度），對(duì)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(duì)實(shí)體-殼單元的連接方法進(jìn)行說明。
1 單元類型
算例模型中，實(shí)體單元采用SOLID45，殼單元采用SHELL63，接觸位置不共節(jié)點(diǎn)。對(duì)于兩種單元之間的連接，通過目標(biāo)單元TARGE170和接觸單元CONTA175實(shí)現(xiàn)，定義約束為實(shí)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(biāo)單元和接觸單元
3 計(jì)算結(jié)果
圖3 von Mises stress
圖4 X-Component of displacement
付費(fèi)內(nèi)容為相關(guān)命令流。
展開 ANSYS梁單元與實(shí)體單元的耦合與約束方程
ANSYS梁單元與實(shí)體單元的耦合與約束方程
By長安CAE
1 概述
在ANSYS計(jì)算過程中，有時(shí)候會(huì)遇到不同單元之間進(jìn)行連接，由于不同的單元自由度不同，連接時(shí)通常需要通過耦合和約束方程建立節(jié)點(diǎn)自由度的關(guān)系，保證結(jié)果的準(zhǔn)確性。
耦合可以理解成是將耦合的對(duì)象某個(gè)自由度作相等處理，而約束方程則不局限于相等這個(gè)關(guān)系，其可以描述具有某種關(guān)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?yàn)槠矫?em>單元沒有轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。
圖1 梁單元與平面單元連接
為使節(jié)點(diǎn)2具有力矩傳遞的能力，要求1、2、3節(jié)點(diǎn)之間的自由度滿足以下關(guān)系：
ROTZ2 = (UY3 - UY1)/10
再通過CE命令，即可將此關(guān)系通過約束方程的形式施加給1、2、3節(jié)點(diǎn)。
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(shù)，用于區(qū)別約束方程，一般可以用數(shù)字1、2、3表示即可，表示第幾個(gè)約束方程；
CONST表示方程的常數(shù)項(xiàng)，一般為0；
NODE1，表示第一個(gè)節(jié)點(diǎn)；
Lab1，表示自由度標(biāo)簽，對(duì)于結(jié)構(gòu)而言，就是三個(gè)平移和三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度；
C1，表示該自由度的系數(shù)；
同理，后面的也一樣。
展開 
在ANSYS 中3維坐標(biāo)下的 shell structure 使用2D 平面單元劃分，應(yīng)該使用哪個(gè)單元型號(hào)的單元
在ANSYS 中3維坐標(biāo)下的 shell structure 使用2D 平面單元（僅考慮平面內(nèi)的位移）劃分，應(yīng)該使用哪個(gè)單元型號(hào)的單元？
ANSYS特殊單元——Follw201（隨動(dòng)荷載）單元
ANSYS的Follw201單元是ANSYS的幾個(gè)特殊單元（比如mesh200）之一，稱為隨動(dòng)荷載單元。都知道在ansys里面施加壓力載荷pressure時(shí)，其實(shí)載荷是可以隨動(dòng)的，也就是能夠一直保持著面的法線方向，而施加集中了或者力矩時(shí)則不能保證。Follw201單元便能解決這個(gè)問題。
Follw201單元是一個(gè)單節(jié)點(diǎn)的3D單元，具有六個(gè)自由度，只能夠覆蓋在既有單元節(jié)點(diǎn)上，而且節(jié)點(diǎn)必須具有3個(gè)平移自由度和3個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，也即是只能用在梁單元和殼單元上，實(shí)體單元僅有三個(gè)自由度。
Follw201單元主要用于幾何非線性分析問題中，在這類問題的分析過程中幾何會(huì)發(fā)生比較大的變形，面或線的法線方向可能發(fā)生比較大的變化，施加的載荷的方向是否隨動(dòng)對(duì)結(jié)果的影響非常大。也就是用到此單元時(shí)會(huì)配對(duì)使用Nlgeon,on命令以打開大變形開關(guān)。如下圖所示為單元示意圖。
圖1
每個(gè)單元有兩個(gè)面，面1用于設(shè)定集中力的大小，面2用于設(shè)置力矩的大小，面的方向在應(yīng)用時(shí)是通過單元的實(shí)常數(shù)進(jìn)行定義的。
另外還需要注意，有限元求解的時(shí)候大部分是求解對(duì)稱矩陣，但隨動(dòng)荷載單元的應(yīng)用則包括了隨動(dòng)荷載剛化效應(yīng)，使剛度矩陣為非對(duì)稱的，因此需要采用非對(duì)稱求解器進(jìn)行計(jì)算。
下面是具體應(yīng)用，建一根梁單元，在梁的端部施加隨動(dòng)集中力。
/prep7
!定義參數(shù)
EE=207E3
B=10
LCD=300
AA=B*B
IZ=B**4/12
PHZ=EE*IZ/LCD/LCD
!定義單元和材料
!201單元不需要定義材料
et,1,beam4
et,2,follw201
mp,ex,1,ee
mp,prxy,1,0.3
!定義實(shí)常數(shù)，實(shí)常數(shù)1設(shè)置梁單元的參數(shù)
r,1,aa,iz,iz,b,b
r,2,,1.0
!
展開 ANSYS不同單元類型連接專題（一）Solid-Beam單元的連接
通過對(duì)比兩次計(jì)算的結(jié)果發(fā)現(xiàn)：
1）全部使用Solid單元進(jìn)行分析和使用Solid單元和Beam單元連接起來進(jìn)行分析，
計(jì)算結(jié)果幾乎完全一致；
2）使用Solid單元和Beam單元建模和全部使用solid單元進(jìn)行建模相比，節(jié)點(diǎn)數(shù)量大大減少，
顯著
降低了計(jì)算量。
三、連接原理。
在Workbench中，我們很容易就建立了solid-beam的連接，那么，軟件究竟是根據(jù)什么原理建立的呢？我們?nèi)?em>ANSYS經(jīng)典中一探究竟。
通過查看單元類型我們發(fā)現(xiàn)，ANSYS生成了計(jì)算用的5種單元類型。而我們沒有定義接觸，怎么會(huì)有接觸單元174和目標(biāo)單元170呢？
通過查看接觸向?qū)覀儼l(fā)現(xiàn)，ANSYS生成了一個(gè)
單點(diǎn)控制接觸，控制節(jié)點(diǎn)為173184。看到這我們就大概明白了，在梁模型和實(shí)體模型接觸的位置，軟件建立了一個(gè)170點(diǎn)目標(biāo)單元，在實(shí)體模型的端面上，軟件建立了174單元。使用170單元的173184節(jié)點(diǎn)控制174單元上的節(jié)點(diǎn)。
那么端面上的實(shí)體單元又是怎么和梁單元連接的呢？我們發(fā)現(xiàn)，還有一個(gè)
MPC184單元沒派上用場。我們單獨(dú)顯示MPC184單元，發(fā)現(xiàn)它連接了173183和173184節(jié)點(diǎn)，173184就是我們剛才提到的控制節(jié)點(diǎn)，而173183為軟件在梁模型的端點(diǎn)上建立的170單元上的節(jié)點(diǎn)。
至此，本文完結(jié)。
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展開 ANSYS不同單元類型連接專題（二）Solid-Beam單元的連接（類型二）
通過對(duì)比兩次計(jì)算的結(jié)果發(fā)現(xiàn)：
1）全部使用Solid單元進(jìn)行分析和使用Solid單元和Beam單元連接起來進(jìn)行分析，
計(jì)算結(jié)果幾乎完全一致；（整體應(yīng)力最大數(shù)值的大小和位置，使用solid單元計(jì)算存在應(yīng)力奇異，不進(jìn)行比較）。
2）使用Solid單元和Beam單元建模和全部使用solid單元進(jìn)行建模相比，節(jié)點(diǎn)數(shù)量大大減少，
顯著
降低了計(jì)算量。
三、連接原理。
詳見上篇文章
《ANSYS不同單元類型連接專題（一）Solid-Beam單元的連接》。
至此，本文完結(jié)。
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