ansys 單元形狀的案例
APDL自定義截面打開單元形狀后總是對不齊，怎么辦？
ANSYS中的自定義截面功能為用戶定義復(fù)雜截面提供了方便，然而部分同學(xué)在處理復(fù)雜截面時，有遇得到過明明截面外框尺寸都一樣，而網(wǎng)格劃分后打開單元形狀發(fā)現(xiàn)截面出現(xiàn)偏離對不齊的情況。
以下面的案例為例，此處自定義了兩個復(fù)雜箱梁截面，均采用在CAD建立好面域，導(dǎo)入ANSYS中劃分網(wǎng)格，然后在采用secwrite命令自定義截面。
兩個截面的外觀尺寸完全一致，唯一不同的是內(nèi)部空心 形狀不一致！
截面一形式如下：
截面二形式如下：
導(dǎo)入ANSYS，劃分網(wǎng)格后，并打開單元形狀，截面如下：
從截圖中可看到，兩者截面交匯處有明顯的截面錯位，放大如下所示：
有的同學(xué)會認為兩者截面外部尺寸完全一樣，理論上應(yīng)該重合才是，可為啥還有這種情況出現(xiàn)呢？
原因如下：
在ANSYS的梁單元截面定義中，ANSYS默認梁單元中心線(單元坐標系X軸)位于截面形心處，當用戶用secplot繪制截面形狀時所出現(xiàn)的Centroid Y和Centroid Z即為截面形心相當于截面定義原點的坐標。如果兩個截面的這兩個坐標不一致，就會出現(xiàn)類似上圖中的錯位現(xiàn)象！
單元坐標系X軸以截面形心位置為準
那么截面原點位于哪個地方呢？自帶截面庫對于雙邊對稱的情況（例如矩形，圓形），原點一般位于截面對稱中心處，而對于單邊對稱的情況（例如槽型截面），原點一般位于左下角原點。如果用戶采用了自定義截面，則原點位于用戶自定義截面時的坐標原點（0,0）處。
例如此處我們在cad中繪制截面時，坐標（0,0）位于頂部中心處，那么這個點就是我們截面的原點。
此處注意坐標系的轉(zhuǎn)換，雖然我們在cad中是X、Y坐標，但換到ANSYS截面定義中，x坐標代表單元坐標系Y軸，y坐標系代表單元坐標系Z軸。
展開 有限元單元形狀和大小對于計算精度的影響
單元形狀
我們知道，單元形狀對于有限元分析的結(jié)果精度有著重要影響，而對單元形狀的衡量又有著諸多指標，為便于探討，這里首先只討論第一個最基本的指標：長寬比（四邊形單元的最長尺度與最短尺度之比），而且僅考慮平面單元的長寬比對于計算精度的影響。
為此，我們給出一個成熟的算例。該算例是一根懸臂梁，在其端面施加豎直向下的拋物線分布載荷，我們現(xiàn)在考察用不同尺度的單元劃分該梁時，對于A點位移的影響。
這五種不同的劃分方式都使用矩形單元，只不過各單元的長寬比不同。
例如：
第一種 (1) AR=1.1，就是長寬比接近1；
第二種 (2) AR=1.5，就是長寬比是1.5.其它類推。
第五種 (5) AR=24，此時單元的長度是寬度的24倍。
現(xiàn)在我們看看按照這五種單元劃分方式對于A點位移的影響，順便我們也算出了B點的位移，結(jié)果見下表。
各種長寬比結(jié)果的比較
我們現(xiàn)在仔細查看一下上表，并分析其含義：
我們先考慮第一行，它是第一種單元劃分情況，此時每個單元的長寬比是1.1，由此我們計算出A點、B點的垂直位移，可以看到，A點的豎直位移是-1.093英寸，而B點的豎直位移是-0.346英寸。而這兩點我們都是可以用彈性力學(xué)的方式得到精確解的，其精確解分別是-1.152以及-0.360.這樣，我們可以得到此時A點位移誤差的百分比是：
[(-1.093)-(-1.152)]/1.152 = 5.2%
對于其它情況，也采用類似的方式得到A點位移誤差的百分比。
從上表可以看出來，隨著長寬比的增加，位移誤差越來越大，竟然大到56%。因此，如果我們是用長寬比為24的單元進行劃分的話，那么我們的結(jié)果可以說是完全錯誤的。
下面按照上表繪制出一張圖，該圖從形象的角度表達了上表的含義。
展開 CAESES與ANSYS耦合形狀優(yōu)化
在ANSYS中進行形狀優(yōu)化
為了能夠在ANSYS Workbench中實現(xiàn)CAESES動態(tài)變化，您需要在ANSYS Workbench中安裝CAESES的ANSYS APP（ACT擴展）。并通過CAESES組件更新并下載“.fsc”文件。幾何模型輸出并加載到ANSYS Workbench中之后，會自動使用在CAESES中選擇的文件格式。
在ANSYS Workbench中的CAESES組件更新后，其幾何設(shè)計變量會自動顯示在參數(shù)設(shè)置中。之后，就可手動或是通過優(yōu)化工具（ANSYS的內(nèi)置策略、optiSLang等）來改變這些變量參數(shù)設(shè)計得到新方案。
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展開 ANSYS中不同形狀的波函數(shù)書寫方法
以下為excel的圖像表達
函數(shù).zip
作者文章.7z
作者：范文哲（fwz0703@163.com，公眾號：CAE_ANSYS）
在ANSYS中以CAESES進行形狀優(yōu)化
CAESES中參數(shù)化幾何模型的設(shè)置
在ANSYS中進行形狀優(yōu)化
為了能夠在ANSYS Workbench中實現(xiàn)CAESES動態(tài)變化，您需要在ANSYS Workbench中安裝CAESES的ANSYS APP（ACT擴展）。并通過CAESES組件下載并更新“.fsc”文件。幾何模型輸出并加載到ANSYS Workbench中之后，會自動使用在CAESES中選擇的文件格式。
使用CAESES-ANSYS自動生成幾何
導(dǎo)出的文件為ACIS(*.sat)格式，其中包含了大量的識別不同幾何部分的額外信息。在CAESES中，您可以為各個面自定義不同的顏色，它們會在ANSYS Workbench中轉(zhuǎn)化為標識符。在自動生成網(wǎng)格的過程中，您需要通過“命名選擇”來識別模型不同的顏色。您可以在處理好的幾何模型中找到更多的關(guān)于顏色的信息。
各個面的顏色標識
當更新好ANSYS Workbench組件后，幾何模型的設(shè)計變量就會自動顯示在參數(shù)設(shè)定區(qū)域。通過手動或優(yōu)化工具改變這些參數(shù)，來生成新的設(shè)計方案。無論您需要解決何種CAE任務(wù)（如計算流體力學(xué)或結(jié)構(gòu)分析），無論您使用何種求解器（如ANSYS Fluent，ANSYS CFX和ANSYS Mechanical），這一新的連接都可以為您提供完美的服務(wù)。
在ANSYS Workbench中進行自動形狀優(yōu)化，并比較不同形狀幾何的性能
ACT應(yīng)用開發(fā)
為了CAESES 和ANSYS Workbench之間的耦合連接，CAESES與CADFEM公司開展了緊密的合作。
在第一階段，為了解ANSYS中的ACT技術(shù)，CAESES工程師在CADFEM進行了系統(tǒng)的交流和培訓(xùn)。
展開 Ansys | 基于熱效應(yīng)的形狀記憶合金脊柱間隔器仿真分析
形狀記憶合金（SMA）能夠在發(fā)生大變形后不產(chǎn)生殘余應(yīng)變（偽彈性），并且可以通過溫度變化從大變形中恢復(fù)（形狀記憶效應(yīng)）。偽彈性和形狀記憶效應(yīng)使其特別適用于航空航天、生物醫(yī)學(xué)和結(jié)構(gòu)工程等領(lǐng)域。本仿真模擬了將形狀記憶合金用作脊柱間隔器的過程。
目標
熟悉形狀記憶合金
理解考慮熱效應(yīng)的形狀記憶合金建模流程
建模步驟
1. 在 ANSYS Workbench 中創(chuàng)建靜力結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。定義形狀記憶合金的材料屬性（表 1）。
表 1. 脊柱間隔器材料屬性
2、導(dǎo)入幾何模型。脊柱間隔器植入物的幾何形狀如圖 1 所示。由于對稱性，僅創(chuàng)建1/4 模型。在ANSYS Mechanical 中對幾何體進行網(wǎng)格劃分。
圖 1. 四分之一間隔器幾何模型示意圖
3、定義分析設(shè)置和邊界條件。共創(chuàng)建六個分析步。
3.1 第一步，在剛性板上施加-3.375mm 的位移以壓縮脊柱間隔器；第二步開始時，移除位移，使間隔器可以自由變形。
3.2 從第三步開始施加熱載荷，溫度從23.85℃ 升高到 37.85℃。在此期間，由于未發(fā)生相變，間隔器的形狀保持不變。第四步，溫度從 37.85℃ 升高到 50.85℃，由于此步中未發(fā)生主要的相變，計算再次快速收斂。第五步，溫度升高到 51.85℃，收斂速度變慢，大部分形狀恢復(fù)發(fā)生在此步中。第六步，將溫度冷卻至 37.85℃，間隔器的形狀保持不變。
圖 2. 溫度條件示意圖
4、運行仿真。不同溫度下間隔器的變形和應(yīng)力云圖如圖3所示。
圖 3.
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 | 基于熱效應(yīng)的形狀記憶合金脊柱間隔器仿真分析
形狀記憶合金（SMA）能夠在發(fā)生大變形后不產(chǎn)生殘余應(yīng)變（偽彈性），并且可以通過溫度變化從大變形中恢復(fù)（形狀記憶效應(yīng)）。偽彈性和形狀記憶效應(yīng)使其特別適用于航空航天、生物醫(yī)學(xué)和結(jié)構(gòu)工程等領(lǐng)域。本仿真模擬了將形狀記憶合金用作脊柱間隔器的過程。
目標
熟悉形狀記憶合金
理解考慮熱效應(yīng)的形狀記憶合金建模流程
建模步驟
1. 在 ANSYS Workbench 中創(chuàng)建靜力結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。定義形狀記憶合金的材料屬性（表 1）。
表 1. 脊柱間隔器材料屬性
2、導(dǎo)入幾何模型。脊柱間隔器植入物的幾何形狀如圖 1 所示。由于對稱性，僅創(chuàng)建1/4 模型。在ANSYS Mechanical 中對幾何體進行網(wǎng)格劃分。
圖 1. 四分之一間隔器幾何模型示意圖
3、定義分析設(shè)置和邊界條件。共創(chuàng)建六個分析步。
3.1 第一步，在剛性板上施加-3.375mm 的位移以壓縮脊柱間隔器；第二步開始時，移除位移，使間隔器可以自由變形。
3.2 從第三步開始施加熱載荷，溫度從23.85℃ 升高到 37.85℃。在此期間，由于未發(fā)生相變，間隔器的形狀保持不變。第四步，溫度從 37.85℃ 升高到 50.85℃，由于此步中未發(fā)生主要的相變，計算再次快速收斂。第五步，溫度升高到 51.85℃，收斂速度變慢，大部分形狀恢復(fù)發(fā)生在此步中。第六步，將溫度冷卻至 37.85℃，間隔器的形狀保持不變。
圖 2. 溫度條件示意圖
4、運行仿真。不同溫度下間隔器的變形和應(yīng)力云圖如圖3所示。
圖 3.
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
下面是有關(guān)ANSYS分析中的單元選擇方法：
一、單元類型選擇概述：
ANSYS的單元庫提供了100多種單元類型，單元類型選擇的工作就是將單元的選擇范圍縮小到少數(shù)幾個單元上；
單元類型選擇方法：
1.設(shè)定物理場過濾菜單，將單元全集縮小到該物理場涉及的單元；
二、單元類型選擇方法
2.根據(jù)模型的幾何形狀選定單元的大類，如線性結(jié)構(gòu)則只能用“Plane、Shell”這種單元去模擬；
3.根據(jù)模型結(jié)構(gòu)的空間維數(shù)細化單元的類別，如確定為“Beam”單元大類之后，在對話框的右欄中，有2D和3D的單元分類，則根據(jù)結(jié)構(gòu)的維數(shù)繼續(xù)縮小單元類型選擇的范圍；
三、單元類型選擇方法
4.確定單元的大類之后，又是也可以根據(jù)單元的階次來細分單元的小類，如確定為“Solid-Quad”，此時有四種單元類型：Quad 4node 42 Quad4node 183 Quad 8node 82 Quad 8node 183 前兩組即為低階單元，后兩組為高階單元；
四、單元類型選擇方法
5.根據(jù)單元的形狀細分單元的小類，如對三維實體，此時則可以根據(jù)單元形狀是“六面體”還是“四面體”，確定單元類型為“Brick”還是“Tet”；
五、單元類型選擇方法
6.根據(jù)分析問題的性質(zhì)選擇單元類型，如確定為2D的Beam單元后，此時有三種單元類型可供選擇，如下：2D elastic 3 2Dplastic 23 2D tapered 54，根據(jù)分析問題是彈性還是塑性確定為“Beam3”或“Beam4”，若是變截面的非對稱的問題則用“Beam54”。
展開 ANSYS中的ASUB命令——通過已存在面的形狀生成一個面
由已存在面的2、4、6、7角點重新生成一個面
則生成的面如圖1所示
圖1 ASUB命令的操作結(jié)果
4.參考資料
ANSYS HELP 15.0
ANSYS網(wǎng)絡(luò)研討會——利用網(wǎng)格變形技術(shù)進行空氣動力學(xué)形狀探索和優(yōu)化
本次網(wǎng)絡(luò)研討會說明了如何針對空氣動力學(xué)形狀優(yōu)化問題制定快速解決方案。在網(wǎng)絡(luò)研討會上，我們提出了用 ANSYS Workbench 作為框架、RBF 作為變形技術(shù)、 ANSYS Fluent 作為求解器且以 DesignXplorer 作為實驗設(shè)計工具部署的新方法。
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利用網(wǎng)格變形技術(shù)進行空氣動力學(xué)形狀探索和優(yōu)化
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?？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(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。
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