ansys 殼單元
關(guān)注創(chuàng)建者：王靖雯 創(chuàng)建時(shí)間：2023-03-07
ansys 殼單元的實(shí)例教程
ANSYS巧用殼單元給實(shí)體劃分六面體網(wǎng)格
1 概述
眾所周知，ANSYS經(jīng)典劃分網(wǎng)格的功能比較弱，映射劃分（Map）和掃掠劃分(Sweep)對(duì)幾何形狀的要求都十分高。而四面體網(wǎng)格一方面導(dǎo)致單元數(shù)目多余六面體，一方面給計(jì)算后處理帶來(lái)一定的不便。
有些情況下，幾何模型的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致即使再怎么對(duì)模型進(jìn)行切分都不可能掃掠出六面體網(wǎng)格，這種情況下，可以巧妙地利用殼單元。
ANSYS經(jīng)典里對(duì)于一個(gè)平面，劃分網(wǎng)格非常簡(jiǎn)單，而且?guī)缀涡螤罴s束很少，即使是自由劃分的網(wǎng)格，一般情況下都比較規(guī)整。利用這個(gè)特點(diǎn)，用殼單元對(duì)面進(jìn)行網(wǎng)格劃分，然后再對(duì)整個(gè)實(shí)體模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分。本次以一個(gè)例子示意此過(guò)程。
2 過(guò)程
首先在ANSYS經(jīng)典界面定義兩個(gè)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(zhǎng)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(wǎng)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(shè)置模型最上層的面各個(gè)線條的分?jǐn)?shù)：
圖5 操作
份數(shù)分別如圖6.
圖6 線條份數(shù)
之后點(diǎn)擊MeshTool，如圖7所示。
圖7 劃分面網(wǎng)格設(shè)置
如圖7設(shè)置，點(diǎn)擊Mesh，選中模型的最上一層表面劃分，得到圖8的結(jié)果。
圖8 面網(wǎng)格劃分
再重復(fù)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(diǎn)擊Sweep選中所有的體，即得到如圖10所示的網(wǎng)格。
展開(kāi) ANSYS巧用殼單元給實(shí)體劃分六面體網(wǎng)格
1 概述
眾所周知，ANSYS經(jīng)典劃分網(wǎng)格的功能比較弱，映射劃分（Map）和掃掠劃分(Sweep)對(duì)幾何形狀的要求都十分高。而四面體網(wǎng)格一方面導(dǎo)致單元數(shù)目多余六面體，一方面給計(jì)算后處理帶來(lái)一定的不便。
有些情況下，幾何模型的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致即使再怎么對(duì)模型進(jìn)行切分都不可能掃掠出六面體網(wǎng)格，這種情況下，可以巧妙地利用殼單元。
ANSYS經(jīng)典里對(duì)于一個(gè)平面，劃分網(wǎng)格非常簡(jiǎn)單，而且?guī)缀涡螤罴s束很少，即使是自由劃分的網(wǎng)格，一般情況下都比較規(guī)整。利用這個(gè)特點(diǎn)，用殼單元對(duì)面進(jìn)行網(wǎng)格劃分，然后再對(duì)整個(gè)實(shí)體模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分。本次以一個(gè)例子示意此過(guò)程。
2 過(guò)程
首先在ANSYS經(jīng)典界面定義兩個(gè)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(zhǎng)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(wǎng)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(shè)置模型最上層的面各個(gè)線條的分?jǐn)?shù)：
圖5 操作
份數(shù)分別如圖6.
圖6 線條份數(shù)
之后點(diǎn)擊MeshTool，如圖7所示。
圖7 劃分面網(wǎng)格設(shè)置
如圖7設(shè)置，點(diǎn)擊Mesh，選中模型的最上一層表面劃分，得到圖8的結(jié)果。
圖8 面網(wǎng)格劃分
再重復(fù)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(diǎn)擊Sweep選中所有的體，即得到如圖10所示的網(wǎng)格。
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1 概述
眾所周知，ANSYS經(jīng)典劃分網(wǎng)格的功能比較弱，映射劃分（Map）和掃掠劃分(Sweep)對(duì)幾何形狀的要求都十分高。而四面體網(wǎng)格一方面導(dǎo)致單元數(shù)目多余六面體，一方面給計(jì)算后處理帶來(lái)一定的不便。
有些情況下，幾何模型的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致即使再怎么對(duì)模型進(jìn)行切分都不可能掃掠出六面體網(wǎng)格，這種情況下，可以巧妙地利用殼單元。
ANSYS經(jīng)典里對(duì)于一個(gè)平面，劃分網(wǎng)格非常簡(jiǎn)單，而且?guī)缀涡螤罴s束很少，即使是自由劃分的網(wǎng)格，一般情況下都比較規(guī)整。利用這個(gè)特點(diǎn)，用殼單元對(duì)面進(jìn)行網(wǎng)格劃分，然后再對(duì)整個(gè)實(shí)體模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分。本次以一個(gè)例子示意此過(guò)程。
2 過(guò)程
首先在ANSYS經(jīng)典界面定義兩個(gè)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(zhǎng)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(wǎng)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(shè)置模型最上層的面各個(gè)線條的分?jǐn)?shù)：
圖5 操作
份數(shù)分別如圖6.
圖6 線條份數(shù)
之后點(diǎn)擊MeshTool，如圖7所示。
圖7 劃分面網(wǎng)格設(shè)置
如圖7設(shè)置，點(diǎn)擊Mesh，選中模型的最上一層表面劃分，得到圖8的結(jié)果。
圖8 面網(wǎng)格劃分
再重復(fù)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(diǎn)擊Sweep選中所有的體，即得到如圖10所示的網(wǎng)格。
展開(kāi) 為構(gòu)造協(xié)調(diào)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(fù)合法）、離散克?；舴颍―iscrete Kirchhoff Theory）法等，但都適用于薄板殼結(jié)構(gòu)，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(guān)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(jì)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(yīng)力單元和板殼彎曲單元的疊加。除SHELL63、SHELL51、SHELL61 不計(jì)橫向剪切變形外（可用于薄板殼分析），其余均計(jì)入橫向剪切變形的影響（可用于中厚板殼分析）。
對(duì)于板殼單元還應(yīng)注意以下幾個(gè)問(wèn)題：
⑴ 面內(nèi)行為
由于面內(nèi)采用平面應(yīng)力狀態(tài)，因此不存在“體積鎖死”問(wèn)題，但“剪切自鎖”問(wèn)題依然存在，因此許多單元采用了 ESF 以響應(yīng)面內(nèi)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(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度
面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度（Drilling DOF，簡(jiǎn)稱 DDOF）也稱為法線自轉(zhuǎn)自由度、旋轉(zhuǎn)自由度、第 6 自由度等，因面內(nèi)平動(dòng)自由度可完全描述面內(nèi)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(zhuǎn)換。
展開(kāi) 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(lái)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(wèn)題，是一個(gè)比較令人頭疼的問(wèn)題。
在ANSYS中通?？梢杂民詈厦頒P來(lái)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(lái)認(rèn)為添加自由度之間的約束方程來(lái)達(dá)到耦合的目的。
下面是一個(gè)簡(jiǎn)單的算例，使用了CE命令來(lái)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(lái)模擬，在上下表皮之間有起支撐作用的桿件，用link8單元來(lái)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(lái)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(kāi) 
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ansys 殼單元的最新內(nèi)容
實(shí)體單元和殼單元之間的連接是ANSYS中常見(jiàn)的問(wèn)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(shuō)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)。
殼單元約束模態(tài)分析
五、ADAMS
基于Adams的行星錐齒輪減速器動(dòng)力學(xué)分析
Adams中鋼絲繩建模方法分析
庫(kù)卡六軸機(jī)器人動(dòng)力學(xué)分析
基于Adams的機(jī)器手搬運(yùn)仿真
基于Adams的Delta機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)分析
在單元發(fā)展歷史上，存在很多低階單元，就ANSYS公司來(lái)說(shuō)，梁單元?dú)?/em>單元實(shí)體單元等，都具有低階和高階的區(qū)分。隨著現(xiàn)在計(jì)算能力的提高，分析者完全沒(méi)有必要為了降低求解規(guī)模而使用低階單元。并且某些情況下，應(yīng)該盡量避免使用低階單元，比如，低階四面體單元是被嚴(yán)格限制使用的。
對(duì)于厚度尺寸相對(duì)于其他幾何尺寸較小的結(jié)構(gòu)，我們常常采用殼單元來(lái)代替三維實(shí)體單元進(jìn)行分析。殼單元模型雖然不像三維實(shí)體模型那樣更接近真實(shí)模型，但其單元及節(jié)點(diǎn)數(shù)量少，計(jì)算量小，在工程中對(duì)復(fù)雜模型進(jìn)行簡(jiǎn)化時(shí)，采用殼單元能大大降低工作量和計(jì)算難度。
在建立殼單元模型時(shí)，我們需要輸入殼的厚度值，該厚度值可以在DM中設(shè)置，也可以在Mechanical中設(shè)置。DM中僅允許輸入常量厚度值（即等厚度
前面文章主要講解了2d梁?jiǎn)卧c2d實(shí)體單元的剛接問(wèn)題，今日主要講解3d梁?jiǎn)卧c殼單元的剛接問(wèn)題。前面文章有講，梁?jiǎn)卧齊OtZ外與殼單元有5個(gè)自由度物理意義相同，因而，當(dāng)需要考慮梁?jiǎn)卧c殼單元的剛接問(wèn)題時(shí)，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(jù)實(shí)際情況采用不同的處理方法。
3d梁?jiǎn)卧c殼單元?jiǎng)傂赃B接按照位置關(guān)系的不同，可分為三類：
ANSYS單元 PLANE42, SHELL41, SHELL43, SHELL63, 和 SHELL181 對(duì)應(yīng)AQWA的單元類型為 PANEL, 管單元 PIPE16, PIPE20,和 PIPE59 對(duì)應(yīng)AQWA的TUBE單元.本宏不能識(shí)別其他ANSYS單元類型。對(duì)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。
部分朋友反應(yīng)在采用殼單元進(jìn)行仿真計(jì)算時(shí)不知如何提取殼單元的截面內(nèi)力，今日水哥就殼單元的截面內(nèi)力提取方法簡(jiǎn)單說(shuō)明下，供諸君參考一二。
首先講講殼單元的應(yīng)力和內(nèi)力輸出。
薄殼單元和中厚板殼單元應(yīng)力和內(nèi)力的輸出項(xiàng)目不盡相同，對(duì)于薄殼單元如 SHELL63 就不輸出次要應(yīng)力（τxz、τyz）和內(nèi)力（Nx、Ny），而中厚板殼單元?jiǎng)t輸出這些應(yīng)力和內(nèi)力。
注意，殼單元的內(nèi)力輸出均是相對(duì)于單元坐標(biāo)系
ANSYS殼單元
薄板殼單元基于 Kirchhoff-Love 理論，即不計(jì)橫向剪切變形的影響；中厚板殼單元?jiǎng)t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(yīng)力單元和板殼彎曲單元的疊加。
ANSYS巧用殼單元給實(shí)體劃分六面體網(wǎng)格
1 概述
眾所周知，ANSYS經(jīng)典劃分網(wǎng)格的功能比較弱，映射劃分（Map）和掃掠劃分(Sweep)對(duì)幾何形狀的要求都十分高。而四面體網(wǎng)格一方面導(dǎo)致單元數(shù)目多余六面體，一方面給計(jì)算后處理帶來(lái)一定的不便。
有些情況下，幾何模型的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致即使再怎么對(duì)模型進(jìn)行切分都不可能掃掠出六面體網(wǎng)格，這種情況下，可以巧妙地利用殼單元。
熟悉經(jīng)典ANSYS的工程師應(yīng)該都知道，ANSYS里面Shell殼單元和Solid實(shí)體單元是經(jīng)常使用的單元類型。殼單元適合模擬在一個(gè)方向的尺度（例如厚度）遠(yuǎn)小于其他方向尺度的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)如果使用實(shí)體單元，其計(jì)算量會(huì)比使用殼單元大大增加。而且，如果選實(shí)體單元，這類結(jié)構(gòu)承受彎矩的時(shí)候，在厚度方向的單元層數(shù)太少會(huì)導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果誤差比較大，不如殼單元計(jì)算準(zhǔn)確。
