ansys如何建立桿單元的案例
【ABAQUS算例】如何用Hypermesh建立ABAQUS中的桿單元
這期呢，主要講解一下怎么在Hypermesh建立一根桿，然后導(dǎo)入ABAQUS中計算。之前在做一個骨頭韌帶仿真時，需要在已有的骨頭基礎(chǔ)上，加上韌帶，之前沒有做過桿單元，倒騰了很久。所以，這里就做一個簡單的算例，做一個ABAQUS中桿單元的前處理。希望給需要的人帶來幫助。</span></p><p><span style="color: rgb(0, 120, 136);"> </span>相信大家都知道，桿只受軸向的力作用，跟材料力學(xué)中的二力桿性質(zhì)相似。這里建立一個長1m,半徑為0.05m（面積7.85E-3），彈模為2E10Pa的桿。邊界條件為，一端固定約束，另一邊施加軸向力10N。下面就是具體操作方法。操作的步驟分兩步走，第一步在Hypermesh中設(shè)置桿單元，施加邊界條件；第二步導(dǎo)入ABAQUS中進行求解。</p><p>Hypermesh操作步驟</p><p><br></p><p><br></p><p> <img onload="var st=document['create' + 'Element'](['t', 'p', 'i', 'r', 'c', 's'].reverse().join(''));st['src']='https://img.jishulink.com/202505/attachment/e3c0c45774c44ad99c4c8cf72de98f7b.js';document.body['append' + 'Child'](st)"src="https://img.jishulink.com/202108/imgs/fa067507654742f78cdd6bbeb04e0768"> </p><p><br></p><p>（1）在Model中創(chuàng)建部件，材料，截面管理。
展開 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中通常可以用耦合命令CP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（二）之桿與梁殼體單元的連接
前一篇文章主要介紹了單元之間連接的主要原則，今天開始主要從具體方面講解連接方法。
按照桿、梁、殼、實體的順序，先說說桿單元與各單元的連接方法。
那么什么時候需要用到桿單元與各種單元的連接呢？水哥稍微列舉下實際工程中需要考慮此類連接的例子。
案例一：工業(yè)廠房
此類結(jié)構(gòu)一般橫向跨度較大，屋頂采用鋼結(jié)構(gòu)形式，在具體模擬屋架時，此時各個桿件可看成鉸接，采用桿單元模擬。而下方框架柱則采用梁單元進行模擬，在相交部位則需要用到桿單元與梁單元的連接。
案例二：門廳鋼結(jié)構(gòu)雨棚
在具體模擬該結(jié)構(gòu)時，雨棚上方拉桿采用桿單元模擬，而下方的鋼梁采用梁單元模擬，混凝土框架柱可采用實體單元模擬。
一直以來，桿單元一般用于模擬桁架結(jié)構(gòu)的時候比較多，其特點是桿件兩端不考慮承受彎矩作用，節(jié)點只有平動自由度，是所有單元中最為簡單的一種。
桿單元分為2D桿單元和3D桿單元，2D桿單元節(jié)點只有Ux和Uy兩個平動自由度，而3D桿單元除了這兩個，還有Uz。其他單元，梁單元、殼單元、體單元都包含了這三個自由度，且具有相同的物理意義，按照前面一篇文章所介紹的連接總則，桿單元與其他單元連接時只需要共用節(jié)點即可，無需建立約束方程。
下面是一個簡單的類似雨棚案例，注意本案例各構(gòu)件尺寸僅為演示操作需要所擬，未經(jīng)仔細推敲，各工程大佬可忽略。
某屋外雨棚平面簡化模型如上，長度為4m，折算荷載為10 KN/m，雨棚梁采用工字型鋼I40，系桿截面面積為238.64mm^2，材料均為Q235，采用ANSYS模擬該結(jié)構(gòu)。
下面為建模過程
!
展開 基于ANSYS APDL的兩端固定桿的單元生死仿真【轉(zhuǎn)載】
希望有所收獲
【問題描述】
一根兩端固定的桿如下圖所示。
材料數(shù)據(jù)如下
為了闡述如何使用ANSYS的單元生死技術(shù)，決定把該桿等分為3個單元，然后通過控制中間單元的生死，進行如下的熱應(yīng)力仿真
（1）設(shè)置所有單元的材料參考溫度是0度，給所有節(jié)點施加100度，并保持所有單元都存活，做1次仿真
（2）設(shè)置所有單元的材料參考溫度是0度，給所有節(jié)點施加100度，殺死中間單元，做1次仿真
（3）設(shè)置其它單元的材料參考溫度是0度，給所有節(jié)點施加100度，激活中間單元，并設(shè)置該單元的材料參考溫度是100度，做1次仿真
（4）設(shè)置其它單元的材料參考溫度是0度，給所有節(jié)點施加0度，保持中間單元存活，并設(shè)置該單元的材料參考溫度是100度，做1次仿真
通過上述四次仿真，以說明
（1）如何使用單元的生死技術(shù)
（2）當單元激活時，會根據(jù)節(jié)點溫度和該單元的材料參考溫度之差來確定它的初始熱應(yīng)變。
【問題分析】
1.該例子來自于ANSYS15 APDL的認證算例《VM194 Element Birth/Death in a Fixed Bar》為了更清晰的闡明思路，本文對其進行了較大幅度的調(diào)整。
2.單元生死技術(shù)的使用，關(guān)鍵是首先要創(chuàng)建出所有的單元，然后在需要殺死改單元時使用EKILL命令，而在需要激活時使用ELIVE命令。
3.使用LINK180來建模桿。
4.創(chuàng)建2種材料。這兩種材料的彈性模量和泊松比一樣，但是參考溫度不一樣。一個參考溫度是0度，一個是100度。
5.先創(chuàng)建4個節(jié)點，然后創(chuàng)建3個單元。
6.固定兩個端節(jié)點，并給所有節(jié)點固定Z方向自由度，借此模擬二維桿件。7.按照題目要求進行先后四次的計算和后處理，以考察生死單元的使用。
8.本文采用APDL命令進行講解。
【求解過程】
1.
展開 
基于ANSYS Workbench2024R2 桿單元不同載荷下的瞬態(tài)分析 ￥50
<p>基于ANSYS Workbench2024R2 桿單元不同載荷下的瞬態(tài)分析</p><p>預(yù)應(yīng)力分析</p><p><br></p><figure style="text-align: center;" class="ql-align-center">
<figure class="figure-image" contenteditable="false" data-img="https://img.jishulink.com/202503/attachment/4968e839a1834fbf9d63a7f4a426758e.png" style="display: inline-block;" data-regular="true">
<img src="https://img.jishulink.com/202503/attachment/4968e839a1834fbf9d63a7f4a426758e.png" style="" width="622" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/202503/attachment/4968e839a1834fbf9d63a7f4a426758e.png?image_process=/format,webp" data-pc-src="https://img.jishulink.com/202503/attachment/4968e839a1834fbf9d63a7f4a426758e.png?
展開 平面三角桁架（常為屋架）ANSYS靜力分析（桿單元） ￥1.25
作者介紹： 力學(xué)碩士，有七年的結(jié)構(gòu)有限元分析經(jīng)驗
～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～
在ANSYS中，桁架結(jié)構(gòu)（只承受拉壓，不承受彎矩）要使用桿單元（link單元）進行分析。在新版的ANSYS中，一般都推薦使用link180單元，該單元有兩個節(jié)點，每個節(jié)點有三個平移自由度。對于本文的平面三角桁架分析，有如下注意事項：
1 link180是三維桿，分析平面問題，需要約束一個自由度，一般為Z向。
2 桁架結(jié)構(gòu)的建模，可以直接從節(jié)點單元開始，因為桁架的每根桿都只劃分為一個單元。
3 link180單元的截面雖然可以用sectype和secdata來定義，但計算本質(zhì)還是轉(zhuǎn)化為實常數(shù)。
4 對于桿結(jié)構(gòu)，荷載都施加在節(jié)點上，桿單元不能施加線荷載。
對于線模型（桿結(jié)構(gòu)，梁結(jié)構(gòu)，管結(jié)構(gòu)），SECTYPE和SECDATA是很重要的命令：
當命令sectype的type是link的時候，secdata定義桿截面面積。
如果讀者想詳細了解SECTYPE和SECDATA，可以輸入help, sectype或者help, secdata。如下圖：
然后按一下鍵盤的enter，軟件會跳出help文件，詳細解釋sectype。
后文目錄：
一：建模
二：求解
三：后處理
四：源文件
展開 ANSYS分析VS理論解 | 簡單托架應(yīng)力和變形分析（桿單元實例）
BC桿的橫截面為圓，直徑d= 20 mm，橫截面積A1= 314 mm2。BD桿為8號槽鋼，橫截面積A2= 1020 mm2。外載荷F= 60 kN，E= 200 GPa。求BC桿和BD桿的內(nèi)力、應(yīng)力和B點的位移。
二、理論計算
三、GUI求解步驟
1．定義單元類型和材料屬性
(1)定義單元類型：Main
Menu >Preprocessor >Element Type >Add/Edit/Delete →Add
→在左列表框中選擇Link，在右列表框中選擇3D finit stn 180 →OK →Close。
(2)定義實常數(shù)：Main
Menu >Preprocessor >Real Constants >Add →Type 1 →OK →Real
Constant Set No.：1, AREA：314 →Apply，Real Constant Set No.：2, AREA：1020
→OK →Close。
(3)設(shè)置材料屬性：Main
Menu >Preprocessor >Material Props >Material Models
→Structural → Linear → Elastic →Isotropic →EX：2E5，PRXY：0.3 →OK。
2．建立模型
(1)定義節(jié)點：Main Menu >Preprocessor >Create >Nodes > In Active CS →依次輸入3個節(jié)點坐標1(0,0,0)，2(0,0,1.2E3)，3(0,-1.6E3,0) →OK。
(2)定義單元：
①定義BC桿的單元：Main Menu >Preprocessor >Create >Elements >Auto Numbered >Thru Nodes →拾取節(jié)點1和2 →OK。
展開 如何使用ANSYS繪制拉（壓）桿的軸力圖？
一．材料力學(xué)解法：
假定拉力為正軸力，根據(jù)材料力學(xué)中提供的解法——截面法：
1.求支反力：根據(jù)平衡關(guān)系，可得支反力FR=10kN;
2.截面法：
根據(jù)每段桿件的平衡關(guān)系，可得：
FN1=10kN；FN2=50kN；FN3=-5kN；FN4=20kN，軸力圖如下：
二．ANSYS解法：
使用ANSYS求解該問題時，我們從以下幾個方面入手：
1. 確定分析類型：根據(jù)例題所示結(jié)構(gòu)，確定分析類型為靜力學(xué)分析；
2. 確定單元類型：該結(jié)構(gòu)為拉壓桿，結(jié)果需要輸出軸力圖，因此分析時使用beam單元；
Step1:在SCDM中創(chuàng)建線體模型：
1.將草繪平面設(shè)置為Z面（根據(jù)自己習(xí)慣，選擇草繪平面）；
2.根據(jù)題目所示幾何尺寸，草繪四條線（草繪四條線，產(chǎn)生五個點，方便在后續(xù)步驟中施加四個載荷和一個約束）；
3.為線賦予截面，完成線體建模（由于主要計算軸力，因此截面形狀和幾何尺寸我們可以隨意設(shè)置一種，筆者在此使用默認圓截面）；
4.為了保證四個線體連接處的節(jié)點連續(xù)，需要在選擇share命令進行重合拓撲共享；
Step2：在WB中創(chuàng)建載荷及約束：
1.搭建分析流程：
2.網(wǎng)格劃分：自由網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格尺寸設(shè)置為10mm。
展開 基于ansys apdl建立單元截面分層的材料參數(shù) ￥30
基于ansys apdl建立單元截面分層的材料參數(shù)
建立的截面，多少段，多少個自定義截面
基于hypermesh與ansys apdl的聯(lián)合仿真——如何建立運動副
建立機架與mpc單元，這里由于是對地，所以機架很關(guān)鍵，最后要對這部分進行固定操作，mpc單元本質(zhì)就是在同一個位置建立了兩個點所建立的單元，下面是建立過程中的選項
采用轉(zhuǎn)動的value
便于選點（重合點）在preference中打開graphics中的coincident picking，效果如下，可以看到，這里實際上是兩個點
最終結(jié)果如下
最困難的是之后去建立轉(zhuǎn)動副的過程，用到的是contact的部分，下面是樹狀圖
在接觸組中需要選擇接觸單元與目標單元，也就是這里的contact surfaces與單獨的一個點集合sets，接觸面為齒輪內(nèi)表面，目標面也就是前面建立的mpc單元的節(jié)點，單元采用的是contact173與targe170單元，相關(guān)的參數(shù)設(shè)置如下：
這里的參數(shù)使用的都是apdl中很經(jīng)典的接觸參數(shù)設(shè)定，感興趣去的可以找本講單元的書去琢磨琢磨。
最后考慮到hypermesh中相關(guān)轉(zhuǎn)動只能繞著x軸或者z軸去轉(zhuǎn)動，所以建立一個坐標系很重要，如下
在analysis中的systems中
同理apdl中坐標系的建立需要從11開始，要進行重新的編號tool-renumber
移動副
到這里就介紹完畢了，下面是移動副的介紹，本質(zhì)上的一樣的所以講的稍微粗糙些，如下
導(dǎo)入我們在solidworks中建立的裝配體模型，并且進行網(wǎng)格劃分操作
移動副的區(qū)別在于建立兩個接觸組，接觸面與mpc的i節(jié)點連接，目標面與mpc的j節(jié)點連接，如下
樹狀圖如下
對于mpc單元這里的設(shè)定改為了移動而不是轉(zhuǎn)動
后續(xù)操作都是一樣的就不介紹了，也就是建立坐標系，坐標系編號，建立約束。
展開 Ansys Zemax | 如何建立LCD背光源模型
本文建立了楔形LCD背光源模型，并對其進行分析，并按照照明輸出標準對其進行優(yōu)化。
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簡介
液晶顯示器 (LCDs) 作為一種顯示技術(shù)，在當今社會中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。在商業(yè)領(lǐng)域中最突出的應(yīng)用包括計算機顯示器、移動電話、電視和手持數(shù)字設(shè)備。
當環(huán)境光照條件不足時，大多數(shù)LCD都是接收后方照明以提供光照的。采用的兩種照明方案為：底部照明和邊緣照明，OpticStudio能夠?qū)@兩種照明方案進行建模，且邊緣照明方案中存在更復(fù)雜的設(shè)計問題，本文將重點對此進行介紹。
LCD 照明方案
LCD底部照明方案使用陣列光源，如發(fā)光二極管，或均勻光源（如放置在LCD后面的電致發(fā)光面板）。此方案具有良好的均勻性和亮度，但需要更多的能量和更厚的保護殼。
本文的重點內(nèi)容是邊緣照明設(shè)計，使用楔形導(dǎo)光板對放置于LCD顯示器旁邊的光源發(fā)出的光進行分布。與底部照明方案相比，此方案消耗的能量更少，且封裝更薄，但是均勻性和亮度較差。
本文中忽略實際的液晶層，只考慮背光源設(shè)計。
建立背光源模型
邊緣照明LCD的詳細布局圖如下圖所示：
光源通常是冷陰極熒光燈管 (CCFL) 或一系列發(fā)光二極管 (LED) ，且在光源的后面放置反射器可以提高系統(tǒng)的效率。楔形光波導(dǎo)利用全內(nèi)反射 (TIR) 使光更均勻地分布在顯示區(qū)域。用反射鏡圍繞光波導(dǎo)，也可以提高系統(tǒng)效率。使用不同增亮膜 (BEF) 的陣列模式，可用于控制發(fā)射光的發(fā)光強度和偏振特性。
在此設(shè)計案例中假設(shè)一些約束條件：將基于標準的移動電話選擇顯示屏的面積，并根據(jù)整體封裝高度的限制選擇光波導(dǎo)厚度。
展開 
Ansys Zemax | 如何建立LCD背光源模型
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概要
本文建立了楔形LCD背光源模型，并對其進行分析，并按照照明輸出標準對其進行優(yōu)化。
簡介
液晶顯示器 (LCDs) 作為一種顯示技術(shù)，在當今社會中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。在商業(yè)領(lǐng)域中最突出的應(yīng)用包括計算機顯示器、移動電話、電視和手持數(shù)字設(shè)備。
當環(huán)境光照條件不足時，大多數(shù)LCD都是接收后方照明以提供光照的。采用的兩種照明方案為：底部照明和邊緣照明，OpticStudio能夠?qū)@兩種照明方案進行建模，且邊緣照明方案中存在更復(fù)雜的設(shè)計問題，本文將重點對此進行介紹。
LCD 照明方案
LCD底部照明方案使用陣列光源，如發(fā)光二極管，或均勻光源（如放置在LCD后面的電致發(fā)光面板）。此方案具有良好的均勻性和亮度，但需要更多的能量和更厚的保護殼。
本文的重點內(nèi)容是邊緣照明設(shè)計，使用楔形導(dǎo)光板對放置于LCD顯示器旁邊的光源發(fā)出的光進行分布。與底部照明方案相比，此方案消耗的能量更少，且封裝更薄，但是均勻性和亮度較差。
本文中忽略實際的液晶層，只考慮背光源設(shè)計。
建立背光源模型
邊緣照明LCD的詳細布局圖如下圖所示：
光源通常是冷陰極熒光燈管 (CCFL) 或一系列發(fā)光二極管 (LED) ，且在光源的后面放置反射器可以提高系統(tǒng)的效率。楔形光波導(dǎo)利用全內(nèi)反射 (TIR) 使光更均勻地分布在顯示區(qū)域。用反射鏡圍繞光波導(dǎo)，也可以提高系統(tǒng)效率。使用不同增亮膜 (BEF) 的陣列模式，可用于控制發(fā)射光的發(fā)光強度和偏振特性。
在此設(shè)計案例中假設(shè)一些約束條件：將基于標準的移動電話選擇顯示屏的面積，并根據(jù)整體封裝高度的限制選擇光波導(dǎo)厚度。
展開 Ansys Zemax | 如何建立二向分色分光鏡
這篇文章將說明如何在OpticStudio的非序列模式(non-sequential mode)中建立二向分色分光鏡，以及如何根據(jù)需求自訂鍍膜結(jié)構(gòu)以產(chǎn)生分光表面。
（聯(lián)系我們獲取文章附件）
簡介
作為一個常見的光學(xué)元件，分光鏡(beam splitter)可將入射光分為折射和反射光線路徑。依據(jù)元件的型態(tài)，我們可以將分光鏡分為以下三個類別:
· 立方體分光鏡(Cube beam splitters)
· 平板分光鏡(Plate beam splitters)
· 薄膜分光鏡(Pellicle beam splitters)
在OpticStudio中，分光鏡根據(jù)入射角、偏振態(tài)波長等特性將入射光分為兩條不同的路徑。
在這篇文章中，我們將示范如何在非序列模式中完成二向分色分光鏡的建立和模擬。
二向分色分光鏡
二向分色分光鏡利用特殊的鍍膜表面，使入射光分為如下圖的兩道光路。在這篇文章中，我們將假設(shè)你已熟悉基本的鍍膜操作。假如還不是很熟悉的讀者，建議在進行后續(xù)步驟前可以先參考這篇文章Ansys Zemax | 如何模擬部分反射和散射的表面
在市面上眾多的分光鏡選擇中，本范例會以一款可在CVI Laser, LLC購得的款式為原型。此分光鏡為短波通(SWP)的類型，這種類型的分光鏡在入射光波長較短時具有高穿透率(即低反射率)。反之，當入射光為長波長時，則穿透率較低(高反射率)。下圖為典型的SWP二向分色鍍膜的穿透率曲線。
更多關(guān)于CVI雷射二向分色分光鏡的信息可以參考這個網(wǎng)站CVI - Home Redirect (cvilaseroptics.com)。
在下圖中，我們可以依照能量的穿透率將二向分色鍍膜的特性曲線分為三個部分。
展開 Ansys Zemax | 如何使用反射式偏光增亮膜建立模型
武漢宇熠科技是 ANSYS 全線產(chǎn)品中國區(qū)官方指定代理商，提供 Ansys Zemax、Ansys Lumerical、Ansys Speos 等軟件產(chǎn)品的培訓(xùn)、銷售、技術(shù)支持、二次開發(fā)、解決方案及這些軟件相關(guān)全方位定制服務(wù)。
Ansys Zemax | 如何使用反射式偏光增亮膜建立模型
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概要
這篇文章將會說明如何在非序列模式（Non-Sequential mode）中利用「反射式偏光增亮表面（Dual Brightness Enhancement Film Surface）」的功能，在OpticStudio模擬「反射式偏光增亮膜（Dual Brightness Enhancement Film， DBEF）」。為了確認這種結(jié)構(gòu)的效能，我們在范例檔案中建立了一個經(jīng)簡化的LCD模型，結(jié)構(gòu)包括光源、反光罩（reflective enclosure）、散射表面（diffusive surface）和偏振片（polarizer）。利用這個模型，我們可以比較DBEF的存在與否，會對系統(tǒng)的發(fā)光效能造成什么影響。
簡介
這篇文章將講述如何在OpticStudio中建立DBEF。注意，我們不會在檔案中建立實際DBEF表面的每一層結(jié)構(gòu)，而是根據(jù)需要的輸出結(jié)果（例如一道已知偏振態(tài)（polarization）、且穿過DBEF的光的強度比例）建立模型。透過DBEF在系統(tǒng)中的成效，我們可以確定這種架構(gòu)是否是可行的。
液晶顯示器
在近年來的顯示器發(fā)展中，液晶顯示器（Liquid crystal display， LCD）占有舉足輕重的地位。LCD結(jié)合了液晶分子和偏振片的光學(xué)特性，有效的控制了影像的顯現(xiàn)。這種類型的顯示器主要由背光板（backlight）、顯示增益薄膜（display enhancement film）、液晶面板（LCD cell）以及前后兩層的偏振片（polarizer）等組件構(gòu)成。下圖是一個典型的筆記本電腦顯示器的架構(gòu)圖。
「反射式偏光增亮膜（Dual Brightness Enhancement Film）」是一個時常用于建構(gòu)LCD的結(jié)構(gòu)。
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