ansys的殼單元的案例
ANSYS巧用殼單元給實體劃分六面體網格
ANSYS巧用殼單元給實體劃分六面體網格
1 概述
眾所周知，ANSYS經典劃分網格的功能比較弱，映射劃分（Map）和掃掠劃分(Sweep)對幾何形狀的要求都十分高。而四面體網格一方面導致單元數目多余六面體，一方面給計算后處理帶來一定的不便。
有些情況下，幾何模型的結構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格，這種情況下，可以巧妙地利用殼單元。
ANSYS經典里對于一個平面，劃分網格非常簡單，而且幾何形狀約束很少，即使是自由劃分的網格，一般情況下都比較規整。利用這個特點，用殼單元對面進行網格劃分，然后再對整個實體模型進行網格劃分。本次以一個例子示意此過程。
2 過程
首先在ANSYS經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：
圖5 操作
份數分別如圖6.
圖6 線條份數
之后點擊MeshTool，如圖7所示。
圖7 劃分面網格設置
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的結果。
圖8 面網格劃分
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所示的網格。
展開 ANSYS巧用殼單元給實體劃分六面體網格
ANSYS巧用殼單元給實體劃分六面體網格
1 概述
眾所周知，ANSYS經典劃分網格的功能比較弱，映射劃分（Map）和掃掠劃分(Sweep)對幾何形狀的要求都十分高。而四面體網格一方面導致單元數目多余六面體，一方面給計算后處理帶來一定的不便。
有些情況下，幾何模型的結構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格，這種情況下，可以巧妙地利用殼單元。
ANSYS經典里對于一個平面，劃分網格非常簡單，而且幾何形狀約束很少，即使是自由劃分的網格，一般情況下都比較規整。利用這個特點，用殼單元對面進行網格劃分，然后再對整個實體模型進行網格劃分。本次以一個例子示意此過程。
2 過程
首先在ANSYS經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：
圖5 操作
份數分別如圖6.
圖6 線條份數
之后點擊MeshTool，如圖7所示。
圖7 劃分面網格設置
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的結果。
圖8 面網格劃分
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所示的網格。
展開 ANSYS巧用殼單元給實體劃分六面體網格
ANSYS巧用殼單元給實體劃分六面體網格
1 概述
眾所周知，ANSYS經典劃分網格的功能比較弱，映射劃分（Map）和掃掠劃分(Sweep)對幾何形狀的要求都十分高。而四面體網格一方面導致單元數目多余六面體，一方面給計算后處理帶來一定的不便。
有些情況下，幾何模型的結構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格，這種情況下，可以巧妙地利用殼單元。
ANSYS經典里對于一個平面，劃分網格非常簡單，而且幾何形狀約束很少，即使是自由劃分的網格，一般情況下都比較規整。利用這個特點，用殼單元對面進行網格劃分，然后再對整個實體模型進行網格劃分。本次以一個例子示意此過程。
2 過程
首先在ANSYS經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：
圖5 操作
份數分別如圖6.
圖6 線條份數
之后點擊MeshTool，如圖7所示。
圖7 劃分面網格設置
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的結果。
圖8 面網格劃分
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所示的網格。
展開 ANSYS中薄殼厚殼分類及單元特性
為構造協調的薄板殼單元，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構，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 面內行為
由于面內采用平面應力狀態，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 面內轉動自由度
面內轉動自由度（Drilling DOF，簡稱 DDOF）也稱為法線自轉自由度、旋轉自由度、第 6 自由度等，因面內平動自由度可完全描述面內行為，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
在比較復雜的結構的有限元分析中，不同的結構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點的自由度數目是不同的，不同類型單元的連接節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。上下表皮是薄殼結構，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點。即：link8單元和shell63單元的節點在連接處是重合的，但是，節點編號是各自獨立的。
link8單元在每個節點有 ux,uy,uz3個平動自由度；
shell63在每個節點有ux,uy,uz這3個平動自由度和rotx,roty,rotz這3個轉個自由，共6個自由度。
在耦合節點處，兩個耦合節點的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；
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, ,
在關鍵點處生成節點；
nkpt,100,4 !與編號為117的節點耦合
nkpt,101,9 !
展開 ANSYS APDL實體單元和殼單元（不共節點）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點，但單元之間不連續（實體單元每個節點有3個平動自由度，而殼單元每個節點有3個平動自由度和3個轉動自由度），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，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 計算結果
圖3 von Mises stress
圖4 X-Component of displacement
付費內容為相關命令流。
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構，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，此時變為梁單元包含在殼面內的情況，當然此類情況是否需要考慮截面偏置，可根據具體工程而定。
對這中梁單元包含在殼單元面內的情況，只需要將梁單元與殼單元共用節點即可，而無須格外建立約束方程。
三、梁單元在殼單元內但不包含
此種情況為梁與殼位于同一面內，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域兩種方式連接。剛性梁采用MPC184單元，剛性區域采用Cerig命令，具體使用方法下期文章討論。
展開 板單元，殼單元，膜單元以及面單元的區別與聯系 附膜單元與殼單元的區別下載
下載地址：膜單元與殼單元的區別
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 【JY】Abaqus“殼”單元概述與應用（二）——固體殼單元
寫在前文
在有限元分析中，單元類型的選擇對計算結果的精度和效率有著決定性影響，尤其對于復合材料結構和薄壁結構的分析更是如此。
Abaqus 作為主流的有限元分析軟件，提供了多種固體殼單元類型以滿足不同工程需求。連續實體殼單元 (CSS8)、非協調元 (C3D8I) 和連續殼單元 (SC8R) 是 Abaqus 中常用于復合材料和薄壁結構分析的三種單元類型，各自具有獨特的理論基礎和適用場景。
相關閱讀：
【JY】Abaqus殼單元概述與應用（一）
除了上述采用類實體單元的“殼”單元外，還有完全的殼單元，如S4R 單元，是 Abaqus 中最常用的常規殼單元之一，為 4 節點減縮積分殼單元，基于經典殼理論，適用于各類薄壁結構的線性與非線性分析，尤其在大變形和接觸問題中表現穩定，將該單元作為對比基準，對上述實體類“殼”單元進行對比分析。
本文旨在對這三種單元類型進行深入比較研究，從理論基礎、自由度、材料本構、積分方案、閉鎖敏感性、計算成本等多個維度展開分析，為工程實踐中的單元選擇提供參考。特別是針對復合材料分析、金屬薄壁結構模擬以及混合建模等應用場景，探討這三種單元的適用性差異，并分析它們在幾何非線性情況下的計算成本和精度表現。
單元類型基本原理與特點
2.1 連續實體殼單元 (CSS8)
連續實體殼單元 (CSS8) 是一種介于 C3D8I (非協調元) 和 SC8R (連續殼單元) 之間的特殊一階單元，由 Vu-Quoc 和 Tan 于 2003 年提出，后集成于 SIMULIA 2017 及以后的版本。它是一種三維單元，具有以下基本特點：
幾何與自由度：CSS8 為 8 節點六面體單元，僅有位移自由度 (無轉動自由度，與實體單元一致)，與實體單元混合建模時易于處理連接過渡。
展開 ANSYS中如何獲取采用殼單元模擬時的截面內力
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力，今日水哥就殼單元的截面內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力輸出。
薄殼單元和中厚板殼單元應力和內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）和內力（Nx、Ny），而中厚板殼單元則輸出這些應力和內力。
注意，殼單元的內力輸出均是相對于單元坐標系，單元各邊內力相同，為該單元單位長度上的內力，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。單元的內力可通過單元表輸出，例如shell181的結果輸出示意圖如圖，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，另外一種是單元節點力求和法。水哥個人建議采用單元節點力求和法，簡單快捷。
單元節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點集的所有節點力的合力和合力矩。因而在求具體某截面的內力時，應選擇該截面附件的單元以及節點。
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 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構，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，但其單元及節點數量少，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，有一天突發奇想，我想建一個厚度值隨多個坐標值變化的模型，現有的方法以函數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 【JY】Abaqus“殼”單元概述與應用（三）——非線性擬協調固體連續殼單元CSS8
非線性擬協調固體殼單元的應用
非線性擬協調固體殼單元憑借其高精度、高效率及良好的適應性，在多個工程領域和學術研究中展現出廣泛的應用前景，主要包括以下幾個方面：
（一）幾何非線性問題分析
大變形薄板殼結構
在薄板的大撓度彎曲、薄殼的失穩分析中，非線性擬協調固體殼單元能準確捕捉結構的幾何非線性響應。例如，對固支方板在均布載荷作用下的大變形分析（后期推文介紹，敬請期待?。?em>單元通過共旋坐標法分離剛體運動與彈性變形，結合 von Karman 非線性板理論，可精確模擬載荷 - 位移曲線中的 “階躍” 現象。即使在粗網格（4×4×2）下，單元計算結果與解析解的誤差仍小于 5%，顯著優于傳統 C3D8R/Solid45 單元。
將擬協調單元CSS8與 ANSYS 的 Solsh190、ABAQUS 的 SC8R進行對比，從精度、效率、穩定性三方面評估優勢。例如，在 薄膜分析中，CSS8 單元在 2×2×2 網格下的位移誤差為 5.2%，優于 Solsh190 的 17.3%，SC8R的25%。
復雜曲面殼結構
對于含初始曲率的殼結構（如半球殼、圓柱殼），單元能有效避免曲率厚度鎖定，準確描述雙曲率變形。在頂部開孔半球殼的大變形分析中，八節點擬協調固體殼單元（CSS8）在 16×16×2 網格下的位移計算誤差僅為 3.2%，而傳統殼單元（如 Abaqus C3D8）誤差高達 15% 以上。
結構失穩與后屈曲分析
在淺殼結構的失穩分析中，單元結合弧長法可追蹤完整的后屈曲路徑，準確預測臨界載荷和失穩模式。例如，對淺屋頂薄殼在集中載荷作用下的分析，CSS8 單元能清晰捕捉 “snap-through” 現象，其臨界載荷計算值與參考解的偏差小于 2%。
展開 beam單元與殼單元建模的彈性對標（復材準各向同性）
復材通過準各向同性處理，梁單元與殼單元在對稱受載的情況下，結果的一致性良好，工況3為非對稱受載，故出現一致性差的結果
workbench-ACP復材殼單元與實體單元對比仿真-實例2
一、目標
1、實體單元鋪層過程
2、對比復材殼單元與實體單元模擬結果
二、實例說明
1、材料參數：選擇軟件自帶（FAW290，RC39）
2、模型尺寸：100*200mm，片體，單層厚度：0.3mm
3、鋪層：[45/0/-45/90]s、[45/0/-45/90]4s
4、模型四周固定，中間面加載0.4Mpa壓力
5、生成實體單元，查看層間應力、失效情況
三、仿真過程
前面步驟與實例1一樣
鋪層結束后在ACP（pro）界面生成實體
若為多結構產品鋪層，需連接處需填充樹脂，模擬成型固化后樹脂填充。
shell normal殼單元法向填充，不改變反向，
surface normal填充方式為新生成實體單元的法向改變下一層實體單元拉伸方向
編輯
跳轉
編輯
跳轉
編輯
跳轉
編輯
跳轉
編輯
跳轉
編輯
跳轉
編輯
跳轉
編輯
跳轉
編輯
跳轉
編輯
跳轉
編輯
跳轉
10
四、結果對比
1、從結果看，厚2.4mm，殼單元與實體單元分析結果差異較?。? 2、厚度9.6mm，屬于大變形范圍，殼單元與實體單元應力差異較大，變形差異較小；
3、此實例結果僅供參考，實際過程產品結構不會這么簡單，存在實心區域，蜂窩結構，金屬件與復材搭接，復材變截面等結構，整理來說，厚度較薄時可采用薄殼單元處理。
展開 