ansys鋼管單元的案例
超大跨鋼管混凝土拱橋 ANSYS APDL 精細化建模案例介紹 ￥39.9
案例概述
本案例展示了一個基于 ANSYS APDL 的超大跨鋼管混凝土拱橋有限元建模與分析過程。橋梁主跨超過 400 米，模型采用雙單元法（Double-Element Method），以簡化且合理的方式模擬鋼管混凝土拱橋在彈性階段的整體受力與剛度特性。模型經(jīng)過充分驗證，可一次性完成恒載分析并順利收斂，結(jié)果穩(wěn)定可靠，可作為工程參考和教學(xué)示例的基礎(chǔ)模型。
該案例提供了完整的可運行文件，包括模型文件（TrussArcBridge.cdb）和計算命令流文件（TrussArcBridge.mac），用戶可直接在 ANSYS 環(huán)境中加載并執(zhí)行，也適用于ansys workbench，快速得到結(jié)構(gòu)受力結(jié)果。
圖1-1 模型
圖1-2 邊界
圖1-3 位移結(jié)果
1.2. 建模思路與單元劃分
模型采用以主拱、吊索、橋面體系為核心的空間有限元結(jié)構(gòu)體系。主拱肋及桁架部分采用 BEAM188 單元，用以模擬具有彎曲和剪切變形能力的空間桿件；吊索采用 LINK180 單元，主要承受軸向拉力，計算效率高且穩(wěn)定性好；橋面采用 SHELL181 單元，用以反映組合橋面的彎曲與剪切剛度，實現(xiàn)橋面與主拱的合理協(xié)同。
材料部分采用彈性模型，鋼管混凝土雙單元法理，既保證了分析的合理性，又避免了復(fù)雜的非線性求解過程。邊界條件采用固結(jié)與簡支混合形式，可根據(jù)不同橋型和設(shè)計要求靈活修改。
該模型采用合理的節(jié)點耦合與剛度協(xié)調(diào)方式，確保鋼管與混凝土、拱肋與橋面、吊索與桁架之間的力學(xué)傳遞真實可靠。
1.3. 案例文件說明
TrussArcBridge.cdb：為模型文件，包含節(jié)點、單元、截面、材料及邊界定義，可直接在 ANSYS 中導(dǎo)入使用。
展開 基于ansys的梁單元、實體單元徐變精細化分析（含各參數(shù)解釋） ￥25
2、改網(wǎng)格模型，改成自己對應(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，對著規(guī)范或者是你做出來的試驗擬合曲線。
以上即可實際應(yīng)用。
ansys模擬鋼管混凝土
對鋼管混凝土的有限元分析，主要困難是如何定義屈服面，和模擬兩個材料之間的滑移，我曾經(jīng)用過接觸分析（contact analysis）來求軸壓構(gòu)件的承載力，發(fā)現(xiàn)最大承載力能夠比較精確地求得，但是精確的荷載-位移曲線很難獲得，因為商用軟件（Ansys\Marc）里面的D-P模型是塑性模型。最近正在想定義一個適用于鋼管混凝土的本構(gòu)關(guān)系，不知道能夠行的通。有了確定的結(jié)果，一定和大家探討。
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沒想到一年前發(fā)的一個帖子引起大家這麼多關(guān)注，感謝大家的支持。
本人現(xiàn)在已完全實現(xiàn)用Ansys分析鋼管混凝土，現(xiàn)在將我的思路介紹一下，不當(dāng)之處請指正。
1。鋼單元采用殼元，混凝土采用實體元，界面采用接觸單元，另外也可以加彈簧單元，如果加彈簧單元后，接觸元的摩擦系數(shù)可設(shè)為0。
2。鋼材用彈塑性模型,泊桑比可取為0.25，混凝土模型的彈性階段泊松比可取為0.2，彈塑性階段有兩種方式實現(xiàn)，一種采用Drucker-Prager模型，因為該模型中兩個參數(shù)和具體約束狀態(tài)相關(guān)，但選擇時計算結(jié)果差別不大，建議對于圓形截面采用同一組參數(shù)，對于方、矩形分區(qū)采用兩組參數(shù)；另一種方法是直接輸入由試驗得出的單向素混凝土模型，因為所謂的三向應(yīng)力應(yīng)變模型是在單向基礎(chǔ)上產(chǎn)生的，給出雙向應(yīng)力狀態(tài)和單向應(yīng)力狀態(tài)情況下的比值，根據(jù)計算過程中截面的變形，即可得出截面實際的應(yīng)力分布。界面的摩擦系數(shù)可采用0.25。
3。對于短柱可采用1/4對稱截面，對于長柱可采用1/2對稱截面。
4。以上方法分析結(jié)果不僅能較精確的得出承載力，而且能模擬下降段，和大量試驗結(jié)果吻合較好。
==========
請問各位高手，鋼管混凝土接觸分析中，面對面的接觸單元怎么生成？需要設(shè)置什么參數(shù)？看了幾本書，都講的很含糊，看不懂，不知怎么搞？現(xiàn)在只會用接觸單元向?qū)ё觯β闊┑模x擇面不好選！
展開 基于ANSYS的鋼管混凝土拱橋 ￥3
基于ANSYS的鋼管混凝土拱橋
單元及材料屬性：
定義所有材料特性
et,1,beam44 !!鋼管特性
mp,ex,1,2.1e11
mp,dens,1,7800
mp,prxy,1,0.3
n,90000,0,0,30 !!參考點
et,2,beam44 !!鋼管內(nèi)50＃混凝土特性
mp,ex,2,3.5e10
mp,dens,2,2600
mp,prxy,2,0.1667
et,3,beam44 !!縱梁30＃混凝土鋼管特性
mp,ex,3,3.0e10
mp,dens,3,2600
mp,prxy,3,0.1667
et,4,beam44 !!橫梁30＃混凝土鋼管特性
mp,ex,4,3.0e10
mp,dens,4,2600
mp,prxy,4,0.1667
et,5,beam44 !!風(fēng)撐特性
mp,ex,5,2.1e11
mp,dens,5,7800
mp,prxy,5,0.3
et,6,link10 !!吊桿特性（鋼絞線）
mp,ex,6,1.9e11
mp,dens,6,7800
mp,prxy,6,0.3
keyopt,6,3,0 !只拉吊桿
et,7,beam44 !!蓋梁30＃混凝土特性
mp,ex,7,3.0e10
mp,dens,7,2600
mp,prxy,7,0.1667
et,8,beam44 !!
展開 
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，進行以下工作：
仔細閱讀其單元描述，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 Workbench 中鋼管的壓縮變形分析 ￥20
本實例主要講解了在ANSYS Workbench中如何采用非線性技術(shù)計算壓縮變形問題。本實例以一根空心鋼管為例施加一平板來壓扁鋼管，獲取相應(yīng)的壓縮變形量和應(yīng)力分布。
關(guān)于非線性分析，主要是材料的非線性和接觸非線性，本實例采用等向強化材料模型來模擬應(yīng)力應(yīng)變曲線。相應(yīng)的設(shè)置接觸參數(shù)使之容易收斂。
1.材料，采用多線性來模擬，
2.將壓板設(shè)置為剛體，不參與變形
3.將所有模型取一般分析，設(shè)置對稱方式，
4.設(shè)置多步載荷，實現(xiàn)壓板的下移與上移
5.提取結(jié)果，查看應(yīng)力或應(yīng)變
該實例可以較好的在ANSYS Workbench中完成塑形的仿真，對于超過屈服強度的仿真有一定的指導(dǎo)意義
下面的ANSYS Workbench計算源文件包括設(shè)置方法和流程
展開 基于ansys的鋼管彎曲回彈的載荷步設(shè)置
我做的是對鋼管進行下壓，然后回彈。鋼管是彈塑性材料，我施加載荷到它達到屈服極限后，撤去載荷，這樣它就會有一個殘余變形。
之前想用ansys-dyna來做的，老師要求我用ansys來做靜態(tài)仿真。我設(shè)置了兩個載荷步，一是下壓，二是回彈（就是撤去壓力）。這其中還有接觸。
我做了仿真，發(fā)現(xiàn)下壓時是容易收斂的，但是回彈時的第一個子步很不容易收斂（這是我想要請教大家的，這個該怎么解決），不過一旦收斂后面的子步就很容易收斂。這里想向大家請教一下，我該如何設(shè)置回彈的載荷步，來解決這個問題。
其實我是想兩個載荷步都是線性變化的，這樣就會慢慢加載和慢慢卸載，但是我發(fā)現(xiàn)加載是線性的，卸載好像是一個子步完成的，雖然我設(shè)置了kbc,0，但是卸載我覺得還是階躍的。
這是我后處理里對其中一個節(jié)點的位移時間圖。
可以看到它的回彈是很短時間里發(fā)生的，我初步設(shè)想是如果以線性的方式回彈這樣可能容易收斂，不知道我這種想法科學(xué)么。
而且，我猜想回彈時不收斂的原因是，回彈時載荷突然變?yōu)?，這樣接觸可能有問題，以上是小弟自己的想法，想和大家探討和學(xué)習(xí)，來找到辦法解決回彈不收斂。
這是我的模型加載圖
展開 ANSYS Workbench 中鋼管的折彎變形分析 ￥29
實際模型參考如圖所示
實際折彎機
折彎鋼管
折彎鋼管
本實例以一根空心鋼管為例，折彎角度為90度，然后進給一定的長度，再折彎，瞬態(tài)分析模擬這樣一個過程，具體操作如下（公眾號：CAE_ANSYS）
1.建立模型
在DM中繪制3D模型，設(shè)定加工零件和折彎設(shè)備，如圖所示
2.材料設(shè)定
材料我們選取鋼管鋁合金，采用雙線性分析，其余零件設(shè)定為剛性體
3.單元劃分
我們將單元劃分盡可能的加密，但是過密的網(wǎng)格會加大計算量，如何平衡計算時間，收斂時間，是一非線性計算的一大問題，本實例劃分網(wǎng)格如圖所示
3.邊界設(shè)定
（1）設(shè)定鋼管和折彎機接觸采用，可分離接觸，右側(cè)壓塊設(shè)定可分離接觸
（2）將鋼管的右側(cè)給定遠端固定載荷，將折彎機旋轉(zhuǎn)90度，
（3）將折彎機恢復(fù)成0度
（4）將鋼管進給40mm
（5）折彎機旋轉(zhuǎn)90度
4.結(jié)果提取
可以提取相應(yīng)的應(yīng)力值和變形量，結(jié)果如圖所示
另外可以提取折彎機的扭矩，查看受力過程，結(jié)果如圖所示。（公眾號：CAE_ANSYS）
該實例控制中間滾輪的直徑可以控制折彎半徑相關(guān)的參數(shù)，本實例可以較好的在ANSYS Workbench中完成鋼筋或鋼管一類零件的塑形加工的仿真，對于超過屈服強度的仿真有一定的指導(dǎo)意義。
下面的ANSYS Workbench計算源文件
展開 基于ANSYS/LS-DYNA的空拔鋼管有限元分析
空拔鋼管過程由于能夠有效靈活地縮減鋼管直徑，獲得所需的機械性能，因而在實際生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用。目前以實驗分析為主的研究成果一直用于指導(dǎo)工業(yè)生產(chǎn)。許多理論研究都將復(fù)雜的三維變形簡化為軸對稱變形，對其變形過程與機理仍然缺乏系統(tǒng)深入地認識，導(dǎo)致生產(chǎn)中出現(xiàn)鋼管縱裂、表面橫裂和模具磨損嚴(yán)重等問題分析不夠。本文應(yīng)用ANSYS軟件的LS-DYNA（顯式動力分析）模塊建立了三維空拔鋼管有限元模型，動態(tài)模擬了鋼管空拔過程，得到了各種場量的分布及工藝參數(shù)對拔制力的影響，進而分析了生產(chǎn)中常見問題的成因，并為模具和拔管優(yōu)化設(shè)計提供了可靠的理論依據(jù)。
1 分析模型的建立
1.1 基本原理
空拔鋼管是一個既有接觸非線性，又有幾何非線性和邊界非線性的多重非線性相互耦合問題，鋼管和模具的幾何模型如圖1所示，其變形區(qū)分為減徑區(qū)和定徑區(qū)兩部分，在拔制力的作用下鋼管和模具接觸，鋼管在軸向伸長的同時產(chǎn)生徑向收縮，進入定徑區(qū)后鋼管產(chǎn)生彈性恢復(fù)。
根據(jù)虛功率原理建立考慮變形速度和加速度的有限元方程為：
式（1）通常有隱式和顯式兩種解法，本文采用了ANSYS軟件的LS-DYNA模塊所提供的顯式解法。
1.2 空拔鋼管有限元模型的建立
鋼管和模具幾何上是繞同一軸線的回轉(zhuǎn)體，利用ANSYS前處理器很容易建立起鋼管和模具的三維實體模型。選用具有顯式分析功能的SOLID164單元對實體模型劃分網(wǎng)格，為得到較為規(guī)則的網(wǎng)格分布，本文采用了映射分網(wǎng)技術(shù)（Mapped mesh），分網(wǎng)后鋼管和模具的有限元模型如圖2所示。
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(biāo)外，我們在計算具體荷載作用時（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(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 APDL實體單元和殼單元（不共節(jié)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(jié)點，但單元之間不連續(xù)（實體單元每個節(jié)點有3個平動自由度，而殼單元每個節(jié)點有3個平動自由度和3個轉(zhuǎn)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(jié)點。對于兩種單元之間的連接，通過目標(biāo)單元TARGE170和接觸單元CONTA175實現(xiàn)，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(biāo)單元和接觸單元
3 計算結(jié)果
圖3 von Mises stress
圖4 X-Component of displacement
付費內(nèi)容為相關(guān)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(jié)點自由度的關(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(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，因為平面單元沒有轉(zhuǎn)動自由度。
圖1 梁單元與平面單元連接
為使節(jié)點2具有力矩傳遞的能力，要求1、2、3節(jié)點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。
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，表示第幾個約束方程；
CONST表示方程的常數(shù)項，一般為0；
NODE1，表示第一個節(jié)點；
Lab1，表示自由度標(biāo)簽，對于結(jié)構(gòu)而言，就是三個平移和三個轉(zhuǎn)動自由度；
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)該使用哪個單元型號的單元
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)該使用哪個單元型號的單元？
ANSYS特殊單元——Follw201（隨動荷載）單元
ANSYS的Follw201單元是ANSYS的幾個特殊單元（比如mesh200）之一，稱為隨動荷載單元。都知道在ansys里面施加壓力載荷pressure時，其實載荷是可以隨動的，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則不能保證。Follw201單元便能解決這個問題。
Follw201單元是一個單節(jié)點的3D單元，具有六個自由度，只能夠覆蓋在既有單元節(jié)點上，而且節(jié)點必須具有3個平移自由度和3個轉(zhuǎn)動自由度，也即是只能用在梁單元和殼單元上，實體單元僅有三個自由度。
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對結(jié)果的影響非常大。也就是用到此單元時會配對使用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
每個單元有兩個面，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)用時是通過單元的實常數(shù)進行定義的。
另外還需要注意，有限元求解的時候大部分是求解對稱矩陣，但隨動荷載單元的應(yīng)用則包括了隨動荷載剛化效應(yīng)，使剛度矩陣為非對稱的，因此需要采用非對稱求解器進行計算。
下面是具體應(yīng)用，建一根梁單元，在梁的端部施加隨動集中力。
/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
!定義實常數(shù)，實常數(shù)1設(shè)置梁單元的參數(shù)
r,1,aa,iz,iz,b,b
r,2,,1.0
!
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