ansys單元含義的案例
單元應(yīng)力求解方法簡(jiǎn)述、結(jié)果應(yīng)力種類選項(xiàng)值的含義以及計(jì)算舉例 ￥1
后處理求解結(jié)果應(yīng)力種類選項(xiàng)值的含義與計(jì)算舉例：
unveraged
areraged
nodal difference
nodal fraction
elmemntal difference
elemental mean
elemental fraction
ANSYS WORKBENCH中弱彈簧的含義
許多CAE朋友在ANSYS WOKKBENCH中進(jìn)行靜力學(xué)和瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)仿真時(shí)，都遇到過(guò)弱彈簧（weak spring）的問(wèn)題，我們發(fā)現(xiàn)，在求解結(jié)束以后，ANSYS經(jīng)常提到它給我們加了一個(gè)弱彈簧，并建議我們檢查一下模型，這是什么意思呢？弱彈簧是好還是不好，對(duì)于結(jié)果有沒(méi)有影響，該不該加，如何加呢？ANSYS加弱彈簧的目的又是什么呢？
我們先考察一個(gè)超級(jí)簡(jiǎn)單的例子，然后通過(guò)該例子來(lái)考察ANSYS所施加的弱彈簧的含義。一根矩形截面梁，長(zhǎng)度為1米，橫截面是100mm*100mm，左邊固定，右邊加10kN的力，現(xiàn)在考慮加力后它的變形和應(yīng)力。
顯然，這是一個(gè)簡(jiǎn)單的拉伸問(wèn)題，在軸線方向上應(yīng)力都是一樣的，按照拉伸的應(yīng)力公式，可以計(jì)算其大小為1Mpa。我們先對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行建模，然后修改邊界條件，來(lái)考察弱彈簧的含義。
1. 創(chuàng)建靜力學(xué)分析系統(tǒng)。
2. 創(chuàng)建梁的三維模型。
雙擊geometry單元格，進(jìn)入到DM中，然后創(chuàng)建一根三維梁
其尺寸設(shè)置如下
即長(zhǎng)度為1000mm，而截面尺寸是100mm*100mm。
3. 劃分網(wǎng)格得到有限元模型。
雙擊model,進(jìn)入到mechanical中，并自動(dòng)劃分網(wǎng)格，結(jié)果如下。
4. 施加邊界條件。
左端面施加位移邊界條件，三個(gè)方向的位移都為零。
在右端面上施加10KN的拉力。
5.求解并得到結(jié)果。
計(jì)算完畢后，沒(méi)有任何警告或者錯(cuò)誤信息，而X方向的位移結(jié)果是
即拉伸了0.00498mm左右。
其應(yīng)力大小是
由于在左邊存在應(yīng)力集中，此處有輕微的變化。而桿件的絕大部分應(yīng)力是1Mpa，這與實(shí)際情況是吻合的。
6.改變位移邊界條件，改變成力的邊界條件。
在上圖中，軸線方向是X方向。該軸也只是在X方向上受力。從理論上看來(lái)，對(duì)于左端面，可以只約束X方向，而Y方向和Z方向可以是自由的。
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(méi)問(wèn)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(lái)的試驗(yàn)擬合曲線。
以上即可實(shí)際應(yīng)用。
ANSYS/LSDYNA中的JH-2本構(gòu)模型參數(shù)含義及陶瓷材料的具體參數(shù)值
眾所周知，在ANSYS/LSDYNA中JH-2模型適用于模擬大變形材料的力學(xué)行為的，用于陶瓷、玻璃、藍(lán)寶石等硬脆材料的力學(xué)模擬中，JH-2本構(gòu)模型具有三類參數(shù)，分別對(duì)應(yīng)著LSDYNA材料卡片中的三類指標(biāo)，本構(gòu)參數(shù)眾多，那么對(duì)于了解其真實(shí)含義至關(guān)重要，對(duì)此，筆者在查閱文獻(xiàn)基礎(chǔ)下總結(jié)了各個(gè)參數(shù)的準(zhǔn)確含義并對(duì)其背后的數(shù)學(xué)公式的前后推導(dǎo)順序做出了總結(jié)，如圖1所示。
圖1
文獻(xiàn)中給出了比較權(quán)威的關(guān)于氧化鋁陶瓷的jh-2本構(gòu)全部參數(shù)，可以對(duì)大家對(duì)于硬脆陶瓷材料的參數(shù)選擇調(diào)試提供很大的參考意義，三類陶瓷材料的本構(gòu)參數(shù)如圖2所示。
圖2
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(cè)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(lái)打開這幾種單元的幫助手冊(cè)，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(wèn)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(cè)
ANSYS中桿單元和殼單元的單元耦合問(wèn)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(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中通常可以用耦合命令CP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 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?cè)谟?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(wú)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(guò)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(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)。對(duì)于兩種單元之間的連接，通過(guò)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(zhǎng)安CAE
1 概述
在ANSYS計(jì)算過(guò)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(guò)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(wú)法完成，因?yàn)槠矫?em>單元沒(méi)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(guò)CE命令，即可將此關(guān)系通過(guò)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(wèn)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(wèn)題中，在這類問(wèn)題的分析過(guò)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(guò)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
不同單元類型連接，對(duì)初學(xué)者來(lái)說(shuō)一直是個(gè)困擾，筆者在學(xué)習(xí)ANSYS的時(shí)候，也遇到了這個(gè)問(wèn)題。今天開始，筆者將對(duì)ANSYS不同單元類型連接開設(shè)一個(gè)專題，仔細(xì)和大家說(shuō)說(shuō)不同單元類型，到底該怎么連。
我們知道，相同自由度的單元（如Beam-Shell）進(jìn)行連接時(shí)，可以直接使用共節(jié)點(diǎn)連接；而不同自由度的單元連接時(shí)，需要建立約束方程。
注意：單元自由度的異同有兩個(gè)含義，即單元的自由度個(gè)數(shù)和自由度的物理意義。
為了給大家進(jìn)行軟件操作演示，筆者隨便瞎編亂造了一個(gè)結(jié)構(gòu)：橫截面為10mm×10mm，長(zhǎng)度為200mm的方形梁，底端開了一個(gè)直徑為5mm的孔，模型如下。
我們知道，細(xì)長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，我們可以使用Beam單元進(jìn)行分析，可偏偏有好事者在一個(gè)完美的梁結(jié)構(gòu)上開了個(gè)孔，這樣直接導(dǎo)致我們無(wú)法對(duì)其整體使用Beam單元了，那這樣的結(jié)構(gòu)我們?cè)撊绾翁幚砟兀刻峁┮韵聝煞N方法：
方法一：對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)使用Solid單元進(jìn)行分析；
方法二：孔附近使用Solid單元，其余位置使用Beam單元。這樣就引入了不同單元類型連接的問(wèn)題。
為了比較不同單元類型連接后的精度，筆者建立了兩個(gè)靜力學(xué)項(xiàng)目：一個(gè)是全部使用Solid單元進(jìn)行分析的模型
solid；另一個(gè)是使用Solid單元和Beam單元連接起來(lái)分析的
solid_beam。
打開workbench，建立兩個(gè)靜力學(xué)項(xiàng)目，分別命名為“solid”和“solid-shell”，并導(dǎo)入建立的幾何模型。
一、solid-beam計(jì)算。
展開 2020Ansys新單元：CABLE280纜索單元簡(jiǎn)介及應(yīng)用舉例
CABLE280單元是ANSYS 2020R1新推出的纜索單元，可以用來(lái)模擬拉索和電纜等中等至極細(xì)的以軸力為主的結(jié)構(gòu)，廣泛地應(yīng)用于海洋平臺(tái)、建筑和機(jī)械行業(yè)。
與其他線體單元（如LINK 180、BEAM 188、BEAM 189等）相比，CABLE 280采用了高階形函數(shù)，能實(shí)現(xiàn)良好的網(wǎng)格收斂性和較粗單元下良好的計(jì)算精度。
CABLE280是三維的二次三節(jié)點(diǎn)線單元，單元幾何構(gòu)成圖中包括I、J、K、L四個(gè)節(jié)點(diǎn)，其中節(jié)點(diǎn)L為方位節(jié)點(diǎn)，可省略。每個(gè)節(jié)點(diǎn)有三個(gè)自由度：節(jié)點(diǎn)x、y和z方向的平動(dòng)。即其不受彎矩，只有平移自由度，計(jì)算效率高。
▲ 圖1. CABLE280 Geometry
1、CABLE280是基于混合位移和軸力(U-F)函數(shù)：位移采用二階近似，軸力采用一階線性近似。當(dāng)求解高度非線性的靜力學(xué)或動(dòng)力學(xué)問(wèn)題時(shí)，需要使用迭代求解（NLGEOM,ON）。
2、CABLE280支持彈性、等向硬化、隨動(dòng)硬化、Chaboche硬化和蠕變；支持附加質(zhì)量、阻尼、抗壓剛度折減、粘性正則化和初始狀態(tài)。
l 附加質(zhì)量：可以對(duì)單元添加單位長(zhǎng)度的質(zhì)量（SECCONT ROL，ADDMAS）。
l 阻尼：可以定義非線性的阻尼系數(shù)（SECCONT ROL,,,CV1,CV2），用于表征流體環(huán)境的非線性阻尼效應(yīng)特性。
l 抗壓剛度折減：纜索非常柔軟幾乎不能受壓，實(shí)際抗壓剛度比較小，以抗拉剛度（EA）乘于系數(shù)進(jìn)行折減。
l 粘性正則化：纜索在受壓和受拉狀態(tài)之間切換，因?yàn)閯偠炔贿B續(xù)，可能出現(xiàn)的收斂困難。單元使用粘性正則化幫助收斂。
l 初始狀態(tài)：設(shè)置初始應(yīng)力或初始應(yīng)變，以保證求解的魯棒性。
展開 ANSYS中單元解、節(jié)點(diǎn)解以及節(jié)點(diǎn)單元解的概念解析
最近在準(zhǔn)備初級(jí)教程后處理的教程，其中有講到對(duì)ANSYS結(jié)果解的理解，恰巧也有朋友咨詢水哥怎么去理解ANSYS中的這三個(gè)解，今日水哥就簡(jiǎn)單談下本人的理解，當(dāng)然僅限個(gè)人理解，有誤之處懇請(qǐng)大家指正。
我們知道，在常見的后處理中，結(jié)果查看主要分三個(gè)方面：一、節(jié)點(diǎn)位移解；二、單元解；三、節(jié)點(diǎn)單元解。
那么這三個(gè)解相互之間的關(guān)系是什么呢？誰(shuí)的準(zhǔn)確性更高呢？
要理清三者之間的關(guān)系，首先我們談?wù)動(dòng)邢拊治龅幕舅悸贰Ｓ邢拊治鰰r(shí)，將一個(gè)我們所謂的“相當(dāng)大的”結(jié)構(gòu)劃分為有限個(gè)單元，單元之間通過(guò)節(jié)點(diǎn)相連，計(jì)算中，假定每個(gè)單元的變形和應(yīng)力都是相對(duì)簡(jiǎn)單的，并且可以通過(guò)計(jì)算機(jī)求解出來(lái)，最后在將單元結(jié)果按照一定的規(guī)律組合成整個(gè)結(jié)構(gòu)的求解結(jié)果。
在這分離-結(jié)合的過(guò)程中，出現(xiàn)了兩個(gè)關(guān)鍵詞，節(jié)點(diǎn)和單元。從數(shù)學(xué)角度上來(lái)講，單元也即是一個(gè)個(gè)矩陣，通過(guò)具有一定自由度的節(jié)點(diǎn)相互連接，進(jìn)而形成總的矩陣。有限元求解也即是求解大家最為熟悉的如下方程：
【K】【x】=【F】
其中【K】是剛度矩陣，【x】是節(jié)點(diǎn)自由度矩陣，【F】是外部邊界條件矩陣。
因而，整個(gè)結(jié)構(gòu)最先出現(xiàn)的求解結(jié)果便是 節(jié)點(diǎn)位移解，也可以稱之為原始解，是最為精確的解。
有了節(jié)點(diǎn)位移解后，就可以派生出其他解了，因而單元解也可以稱之為派生解，它是通過(guò)單元的形函數(shù)推導(dǎo)過(guò)來(lái)，具體過(guò)程這里就不細(xì)說(shuō)，但這就產(chǎn)生了一個(gè)問(wèn)題，相信細(xì)心的朋友會(huì)有所發(fā)現(xiàn)，就是單元應(yīng)力應(yīng)變解在公共節(jié)點(diǎn)上并不連續(xù)，在單元邊界上產(chǎn)生了不連續(xù)的等值線。
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(guò)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(lái)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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