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登錄殼單元ansys的案例
ANSYS巧用殼單元給實體劃分六面體網(wǎng)格
ANSYS巧用殼單元給實體劃分六面體網(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)對幾何形狀的要求都十分高。而四面體網(wǎng)格一方面導致單元數(shù)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(jié)構(gòu)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(wǎng)格,這種情況下,可以巧妙地利用殼單元。
ANSYS經(jīng)典里對于一個平面,劃分網(wǎng)格非常簡單,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。利用這個特點,用殼單元對面進行網(wǎng)格劃分,然后再對整個實體模型進行網(wǎng)格劃分。本次以一個例子示意此過程。
2 過程
首先在ANSYS經(jīng)典界面定義兩個單元類型,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
然后設置模型最上層的面各個線條的分數(shù):
圖5 操作
份數(shù)分別如圖6.
圖6 線條份數(shù)
之后點擊MeshTool,如圖7所示。
圖7 劃分面網(wǎng)格設置
如圖7設置,點擊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
點擊Sweep選中所有的體,即得到如圖10所示的網(wǎng)格。
展開 ANSYS巧用殼單元給實體劃分六面體網(wǎng)格
ANSYS巧用殼單元給實體劃分六面體網(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)對幾何形狀的要求都十分高。而四面體網(wǎng)格一方面導致單元數(shù)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(jié)構(gòu)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(wǎng)格,這種情況下,可以巧妙地利用殼單元。
ANSYS經(jīng)典里對于一個平面,劃分網(wǎng)格非常簡單,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。利用這個特點,用殼單元對面進行網(wǎng)格劃分,然后再對整個實體模型進行網(wǎng)格劃分。本次以一個例子示意此過程。
2 過程
首先在ANSYS經(jīng)典界面定義兩個單元類型,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
然后設置模型最上層的面各個線條的分數(shù):
圖5 操作
份數(shù)分別如圖6.
圖6 線條份數(shù)
之后點擊MeshTool,如圖7所示。
圖7 劃分面網(wǎng)格設置
如圖7設置,點擊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
點擊Sweep選中所有的體,即得到如圖10所示的網(wǎng)格。
展開 ANSYS巧用殼單元給實體劃分六面體網(wǎng)格
ANSYS巧用殼單元給實體劃分六面體網(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)對幾何形狀的要求都十分高。而四面體網(wǎng)格一方面導致單元數(shù)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(jié)構(gòu)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(wǎng)格,這種情況下,可以巧妙地利用殼單元。
ANSYS經(jīng)典里對于一個平面,劃分網(wǎng)格非常簡單,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。利用這個特點,用殼單元對面進行網(wǎng)格劃分,然后再對整個實體模型進行網(wǎng)格劃分。本次以一個例子示意此過程。
2 過程
首先在ANSYS經(jīng)典界面定義兩個單元類型,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
然后設置模型最上層的面各個線條的分數(shù):
圖5 操作
份數(shù)分別如圖6.
圖6 線條份數(shù)
之后點擊MeshTool,如圖7所示。
圖7 劃分面網(wǎng)格設置
如圖7設置,點擊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
點擊Sweep選中所有的體,即得到如圖10所示的網(wǎng)格。
展開 ANSYS中薄殼厚殼分類及單元特性
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 單元采用平面應力單元和板殼彎曲單元的疊加。除SHELL63、SHELL51、SHELL61 不計橫向剪切變形外(可用于薄板殼分析),其余均計入橫向剪切變形的影響(可用于中厚板殼分析)。
對于板殼單元還應注意以下幾個問題:
⑴ 面內(nèi)行為
由于面內(nèi)采用平面應力狀態(tài),因此不存在“體積鎖死”問題,但“剪切自鎖”問題依然存在,因此許多單元采用了 ESF 以響應面內(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)動自由度
面內(nèi)轉(zhuǎn)動自由度(Drilling DOF,簡稱 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 
ANSYS中桿單元和殼單元的單元耦合問題
在比較復雜的結(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??梢杂民詈厦頒P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 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?yōu)榱?em>單元包含在殼面內(nèi)的情況,當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殼單元分析箱梁
Analysis a box beam section with shell elements of ANSYS
! 用ansys的殼體單元分析箱梁
! Box dimension: 10*4*4m with shell thickness of 0.04m
! By Lu Xinzheng, Depart. Civil Engineering, Tsinghua University, Beijing
! 陸新征,清華大學土木系
! Aug. 2004
! Define the Element
! 定義單元
/PREP7
!*
ET,1,SHELL93
!*
! Define the section for shells
! 定義殼單元截面
R,1,.04, , , , , ,
!*
! Define the material
! 定義材料
MPTEMP,,,,,,,,
MPTEMP,1,0
MPDATA,EX,1,,200e9
MPDATA,PRXY,1,,.3
! Setup the model
! 建模
! Define the keypoints
! 定義關(guān)鍵點
k,1,0,0,0
k,2,4,0,0
k,3,4,4,0
k,4,0,4,0
! Define the lines
! 定義線
l,1,2
l,2,3
l,3,4
l,4,1
! Define the section area
! 定義截面
a,1,2,3,4
! Extrude a volumn from area
! 從面拉伸得到體
VEXT,1, , ,0,0,10,,,,
! Delete useless volumn and areas
! 刪除不必要的體和面
VDELE, 1
ADELE,1,2,1
! Mesh
!
展開 ansys workbench中設置變厚度殼單元
對于厚度尺寸相對于其他幾何尺寸較小的結(jié)構(gòu),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(jié)點數(shù)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),在Mechanical中可以設置隨某一坐標變量變化的厚度值。
等厚度模型
厚度隨坐標變化的模型
大多數(shù)情況下,以上厚度設置是能夠滿足工程分析需要的。但是,有一天突發(fā)奇想,我想建一個厚度值隨多個坐標值變化的模型,現(xiàn)有的方法以函數(shù)進行輸入厚度隨坐標變化時,只允許輸入一個變量,怎么辦?
workbench提供了一個很好的工具—External Data。用它,可以將任意位置的厚度值進行任意編輯,然后導入到Mechanical中。
展開 ANSYS中如何獲取采用殼單元模擬時的截面內(nèi)力
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(nèi)力,今日水哥就殼單元的截面內(nèi)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(nèi)力輸出。
薄殼單元和中厚板殼單元應力和內(nèi)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(nèi)力(Nx、Ny),而中厚板殼單元則輸出這些應力和內(nèi)力。
注意,殼單元的內(nèi)力輸出均是相對于單元坐標系,單元各邊內(nèi)力相同,為該單元單位長度上的內(nèi)力,如 Mx 的單位為“力×長度/長度”,如需該單元的總彎矩則再乘以單元邊長即可。單元的內(nèi)力可通過單元表輸出,例如shell181的結(jié)果輸出示意圖如圖,單元表選項如下:
上述方法針對的是單個單元,然而實際計算過程中,我們常常需要獲取某個截面的總內(nèi)力,此時可通過計算獲取。一般而言,有兩種方式,一種是路徑積分法,另外一種是單元節(jié)點力求和法。水哥個人建議采用單元節(jié)點力求和法,簡單快捷。
單元節(jié)點力求和法需要掌握兩個命令:Spoint \ Fsum
Spoint,node,x,y,z
該命令定義力矩求和的位置點,如果求和不位于總體直角坐標系下,可輸入node定義或采用Rsys命令定義。
Fsum,lab,Item
該命令計算所選擇單元集中選擇節(jié)點集的所有節(jié)點力的合力和合力矩。因而在求具體某截面的內(nèi)力時,應選擇該截面附件的單元以及節(jié)點。
下面以某懸臂板為例,闡述基本思路。
某混凝土懸臂板,板厚100mm,尺寸為900mmX2000mm,混凝土等級為C30,在板的端部100mm范圍內(nèi)受到均布荷載0.5KN/m^2,求板跨中間截面的剪力以及彎矩。
展開 ANSYS常用單元特性總結(jié)及簡單實例
-用于模擬線性、扭翹、中等厚度殼結(jié)構(gòu)-ANSYS12.0中舍棄,被SHELL181取代
SHELL61__2節(jié)點軸對稱諧波殼單元
SHELL63__4節(jié)點彈性殼單元-具有彎曲和膜特性
SHELL93__8節(jié)點彈性殼單元-ANSYS12.0中舍棄
SHELL150__8節(jié)點結(jié)構(gòu)殼P單元-僅用于線性靜力分析
SHELL181__4節(jié)點塑性有限應變殼單元-適用于薄殼至中等厚度殼
SHELL208__2節(jié)點軸對稱有限應變殼單元-適用于薄殼至中等厚度殼
SHELL209__3節(jié)點軸對稱有限應變殼單元-適用于薄殼至中等厚度殼
SHELL281__8節(jié)點塑性有限應變殼單元-適用于薄殼至中等厚度殼
SOLID45__8節(jié)點3D實體單元-塑性、大變形、初應力等
SOLID46__8節(jié)點3D分層實體單元-SOLID45的分層版-不支持塑性
SOLID64__8節(jié)點3D各向異性彈性實體單元-ANSYS12.0中舍棄,可用SOLID185代替
SOLID65__8節(jié)點3D加筋混凝土單元-不支持初應力
SOLID92__10節(jié)點3D四面體實體單元-SOLID95的退化單元
SOLID95__20節(jié)點3D實體單元-SOLID45的高階單元
SOLID147__20節(jié)點3D實體P單元-僅用于線性靜力分析
SOLID148__10節(jié)點3D四面體實體P單元-僅用于線性靜力分析
SOLID185__8節(jié)點3D實體單元-比SOLID45功能稍強-支持超彈、黏彈、黏塑等-可用于模擬超彈性材料
SOLID186(分層)__20節(jié)點3D實體分層單元-可用于模擬分層的厚殼或?qū)嶓w-SECTYPE定義層數(shù)據(jù)
SOLID186__20節(jié)點3D實體單元-比SOLID95功能稍強-支持超彈、黏彈、黏塑等-可用于模擬超彈性材料
SOLID187__10節(jié)點3D四面體實體單元-如SOLID186功能類似
SOLID191__20節(jié)點3D
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LS-DYNA常用單元公式選擇指南 附ANSYSLS-DYNA 使用指南中文版下載
殼單元
殼單元作為ANSYS LS-DYNA中最為常用的建模方式,其計算效率是實體單元的3倍以上,因此,在可以劃分網(wǎng)格時,首選使用殼單元方式進行建模。殼單元最常用的單元公式有2、16號單元公式。
ID=2,Belytschko-Tsay單元,簡稱BT單元,是縮減積分單元,同時是ANSYS LS-DYNA的推薦單元。
ID=16,具有共旋應力更新的Belytschko-Tsay全積分殼單元,與默認的BT殼單元(ID=2)相比,需多花2.5到3倍的時間成本,此單元會更硬,與實際更貼合。設置沙漏類型8,可適用于翹曲的幾何形狀(可用于解決扭曲的梁)。
總結(jié)
本單元公式的選擇和模型工況有著直接的聯(lián)系,由于ANSYS LS-DYNA推薦的單元都是縮減積分,必然存在沙漏。對于模型的網(wǎng)格劃分,選擇殼還是實體,以及模型中哪些特征是對計算結(jié)果非常重要,哪些可以刪除,即減少網(wǎng)格數(shù)量,也可避免不必要的計算錯誤。另外,計算出現(xiàn)錯誤,如何去debug。
下載地址:ANSYSLS-DYNA 使用指南中文版
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ID=2,Belytschko-Tsay單元,簡稱BT單元,是縮減積分單元,同時是ANSYS LS-DYNA的推薦單元。
ID=16,具有共旋應力更新的Belytschko-Tsay全積分殼單元,與默認的BT殼單元(ID=2)相比,需多花2.5到3倍的時間成本,此單元會更硬,與實際更貼合。設置沙漏類型8,可適用于翹曲的幾何形狀(可用于解決扭曲的梁)。
總結(jié)
本單元公式的選擇和模型工況有著直接的聯(lián)系,由于ANSYS LS-DYNA推薦的單元都是縮減積分,必然存在沙漏。對于模型的網(wǎng)格劃分,選擇殼還是實體,以及模型中哪些特征是對計算結(jié)果非常重要,哪些可以刪除,即減少網(wǎng)格數(shù)量,也可避免不必要的計算錯誤。另外,計算出現(xiàn)錯誤,如何去debug。
展開 梁單元截面偏置(用戶自定義位置)計算方法
對于梁單元和殼單元而言,ANSYS默認單元中心為截面幾何中心,有的時候為更好的符合實際受力模型,很多時候需要對所建立的單元進行截面偏置。特別針對于框架結(jié)構(gòu)建模過程中,如果要進行精細化的建模,如何計算各個截面的偏置距離是一大問題。對于初學者來說,這個是不斷調(diào)試的過程或者甚至不管,今天就簡單闡述下如何計算梁單元的截面偏置距離以及方向。
計算主要分為以下幾個步驟:
一、確定幾何直線的方向,直線方向確定了單元坐標系中的X方向
二、確定關(guān)鍵點方向,也即確定單元坐標系的Z方向
三、根據(jù)右手螺旋定則確定單元坐標系的Y軸,畫出截面的YOZ平面,確定偏置距離。
截面偏置APDL命令為secoffset,user,注意該命令是指截面從截面原點偏置的距離,不同的截面形式其原點位置也不同,例如ANSYS help就以一個槽鋼為例,并說明其原點位置位于左下角處,但矩形截面有所不同,其截面原點位于幾何中心處。其他截面形式的原點也不盡相同。
實例:建立如下小框架的有限元模型,要求梁柱平齊。
以CD梁為例,說明其截面偏置計算。假定在建模的過程中幾何直線的方向為從C到D(如果不是,可以修改線的方向),方向點選擇A點,則CD梁單元的單元方向以及截面偏置計算如下:
圖中X表示計算點,根據(jù)其與原點的位置,可知其具體坐標為(-300,-125),同理,其他梁和柱的位置坐標如下所示:
根據(jù)截面偏置距離類型,進行截面歸類以及標識,如下所示:
結(jié)構(gòu)建模:
finish
/clear
/prep7
et,1,beam189
et,2,shell181
mp,ex,1,3.0e4
mp,prxy,1,0.2
mp,dens,1,2600e-12
!=================
!
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聯(lián)系我們:021-58403100
在進行跌落產(chǎn)品有限元仿真時,根據(jù)模型的網(wǎng)格類型選擇單元類型,是整個仿真模型設置中重中之重,ANSYS LS-DYNA中存在47種實體單元公式、42種殼單元公式以及多種不同單元類型,所以,用戶在選擇單元類型時,存在許多疑問或者疑惑。而正確選擇單元,可以明顯地提高計算效率以及仿真模型與試驗模型對標的準確度,且減少不必要的錯誤或避免計算不收斂的問題。
單元公式
LS-DYNA是一種通用有限元程序,用于分析結(jié)構(gòu)的大變形靜力和動力響應,包括結(jié)構(gòu)耦合到流體。主要的解決方法是基于顯式動力學。
所有的有限元模型,都必然涉及網(wǎng)格劃分,ANSYS LS-DYNA針對劃分的網(wǎng)格,包括四節(jié)點四面體、八節(jié)點實體單元、二節(jié)點梁單元、三節(jié)點和四節(jié)點殼單元、八節(jié)點實體殼單元、桁架單元、膜單元、離散單元和剛體,每種單元類型都有各種各樣的單元公式。
展開