ansys怎么使用桿單元的案例
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(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題，是一個(gè)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(diǎn)處的自由度(DOF)。
也可以用CE命令來認(rèn)為添加自由度之間的約束方程來達(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(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（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(shí)體的順序，先說說桿單元與各單元的連接方法。
那么什么時(shí)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(shí)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(shí)，此時(shí)各個(gè)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(jìn)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(shí)，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(shí)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(shí)候比較多，其特點(diǎn)是桿件兩端不考慮承受彎矩作用，節(jié)點(diǎn)只有平動(dòng)自由度，是所有單元中最為簡(jiǎn)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(diǎn)只有Ux和Uy兩個(gè)平動(dòng)自由度，而3D桿單元除了這兩個(gè)，還有Uz。其他單元，梁單元、殼單元、體單元都包含了這三個(gè)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(shí)只需要共用節(jié)點(diǎn)即可，無需建立約束方程。
下面是一個(gè)簡(jiǎn)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(xì)推敲，各工程大佬可忽略。
某屋外雨棚平面簡(jiǎn)化模型如上，長(zhǎng)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 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(shí)，我們從以下幾個(gè)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(shí)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(gè)點(diǎn)，方便在后續(xù)步驟中施加四個(gè)載荷和一個(gè)約束）；
3.為線賦予截面，完成線體建模（由于主要計(jì)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(rèn)圓截面）；
4.為了保證四個(gè)線體連接處的節(jié)點(diǎn)連續(xù)，需要在選擇share命令進(jìn)行重合拓?fù)涔蚕恚?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 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？
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(gè)單元，然后通過控制中間單元的生死，進(jìn)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(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)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(dāng)單元激活時(shí)，會(huì)根據(jù)節(jié)點(diǎn)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(rèn)證算例《VM194 Element Birth/Death in a Fixed Bar》為了更清晰的闡明思路，本文對(duì)其進(jìn)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?jiǎng)?chuàng)建出所有的單元，然后在需要?dú)⑺栏?em>單元時(shí)使用EKILL命令，而在需要激活時(shí)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(gè)參考溫度是0度，一個(gè)是100度。
5.先創(chuàng)建4個(gè)節(jié)點(diǎn)，然后創(chuàng)建3個(gè)單元。
6.固定兩個(gè)端節(jié)點(diǎn)，并給所有節(jié)點(diǎn)固定Z方向自由度，借此模擬二維桿件。7.按照題目要求進(jìn)行先后四次的計(jì)算和后處理，以考察生死單元的使用。
8.本文采用APDL命令進(jìn)行講解。
【求解過程】
1.
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(yàn)
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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(jìn)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(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)有三個(gè)平移自由度。對(duì)于本文的平面三角桁架分析，有如下注意事項(xiàng)：
1 link180是三維桿，分析平面問題，需要約束一個(gè)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(diǎn)單元開始，因?yàn)殍旒艿拿扛?em>桿都只劃分為一個(gè)單元。
3 link180單元的截面雖然可以用sectype和secdata來定義，但計(jì)算本質(zhì)還是轉(zhuǎn)化為實(shí)常數(shù)。
4 對(duì)于桿結(jié)構(gòu)，荷載都施加在節(jié)點(diǎn)上，桿單元不能施加線荷載。
對(duì)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(dāng)命令sectype的type是link的時(shí)候，secdata定義桿截面面積。
如果讀者想詳細(xì)了解SECTYPE和SECDATA，可以輸入help, sectype或者h(yuǎn)elp, secdata。如下圖：
然后按一下鍵盤的enter，軟件會(huì)跳出help文件，詳細(xì)解釋sectype。
后文目錄：
一：建模
二：求解
三：后處理
四：源文件
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 ANSYS分析VS理論解 | 簡(jiǎn)單托架應(yīng)力和變形分析（桿單元實(shí)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(hào)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(diǎn)的位移。
二、理論計(jì)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(shí)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(diǎn)：Main Menu >Preprocessor >Create >Nodes > In Active CS →依次輸入3個(gè)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)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(diǎn)1和2 →OK。
展開 LS-DYNA中能否混合使用常規(guī)ansys單元和16X單元呢？
LS-DYNA中能否混合使用常規(guī)ansys單元和16X單元呢？
Ansys Workbench使用非線性彈簧單元模擬配合間隙 ￥10
問題：
工程中兩個(gè)零部件之間經(jīng)常會(huì)有配合間隙，Ansys Workbench中可以使用combin39號(hào)非線性單元，通過控制不同行程的彈簧剛度來模擬間隙配合。
模型示例：
設(shè)定支座與軸有1mm的配合間隙，在一端施加X向100N作用力，查看運(yùn)動(dòng)位移。
計(jì)算步驟：
1. 在間隙配合位置，建立jiont連接，放開X向平動(dòng)自由度。
2. 在間隙配合位置，建立spring連接，同時(shí)插入Commands 命令。
ET,_sid,39,0,0,0,1
R,_sid,0.95,1,1.05,10000
3. 查看計(jì)算結(jié)果，當(dāng)運(yùn)動(dòng)至0.95mm后spring彈簧剛度值陡增限制了X向運(yùn)動(dòng)。
建議：
? 同一個(gè)連接區(qū)域不建議使用兩個(gè)重復(fù)的連接關(guān)系，即jiont連接和spring連接不要使用同一個(gè)區(qū)域。
? 本文對(duì)配合區(qū)域進(jìn)行分段處理，中間為spring連接，兩側(cè)為jiont連接
? 使用Remote Point點(diǎn)創(chuàng)建連接，需要打開Beta選項(xiàng)。
? 這種等效方式并不能良好的反應(yīng)間隙配合位置的應(yīng)力狀態(tài)，需要校核配合區(qū)域的應(yīng)力狀態(tài)還是需要使用接觸連接。
展開 使用ANSYS Fluent的DEM模型(離散單元法)演示轉(zhuǎn)鼓中的顆粒混合
編者按
整個(gè)案例使用純DEM計(jì)算-與轉(zhuǎn)鼓內(nèi)流體流動(dòng)無交互作用，啟用滾動(dòng)模型，通過網(wǎng)格運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)幾何運(yùn)動(dòng)。
ANSYS中單元解、節(jié)點(diǎn)解以及節(jié)點(diǎn)單元解該怎么理解
總結(jié)起來，三個(gè)解的概念如下：
節(jié)點(diǎn)解：節(jié)點(diǎn)位移解，原始解，最為精確的解；
單元解：單元的應(yīng)力應(yīng)變，派生解，通過節(jié)點(diǎn)解推導(dǎo)得到；
節(jié)點(diǎn)單元解：節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力應(yīng)變，派生解的平均化顯示。
來源：ANSYS學(xué)習(xí)與應(yīng)用
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(jì)算效率是實(shí)體單元的3倍以上，因此，在可以劃分網(wǎng)格時(shí)，首選使用殼單元方式進(jìn)行建模。殼單元最常用的單元公式有2、16號(hào)單元公式。
ID=2，Belytschko-Tsay單元，簡(jiǎn)稱BT單元，是縮減積分單元，同時(shí)是ANSYS LS-DYNA的推薦單元。
ID=16，具有共旋應(yīng)力更新的Belytschko-Tsay全積分殼單元，與默認(rèn)的BT殼單元(ID=2)相比，需多花2.5到3倍的時(shí)間成本，此單元會(huì)更硬，與實(shí)際更貼合。設(shè)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(duì)于模型的網(wǎng)格劃分，選擇殼還是實(shí)體，以及模型中哪些特征是對(duì)計(jì)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(jì)算錯(cuò)誤。另外，計(jì)算出現(xiàn)錯(cuò)誤，如何去debug。
下載地址：ANSYSLS-DYNA 使用指南中文版
展開 ANSYS中的節(jié)點(diǎn)解與單元解是怎么回事？附solid186與solid185單元結(jié)果對(duì)比文檔下載
而20節(jié)點(diǎn)單元縮減積分后，有7個(gè)積分點(diǎn)，應(yīng)該輸出7個(gè)單元解，經(jīng)過計(jì)算如圖8所示：
圖8
圖8正好是7個(gè)輸出解。
Abaqus的計(jì)算表明單元輸出解果然是輸出單元積分點(diǎn)的值，采用完全積分和縮減積分單元輸出解不一樣，求解精度不一樣。
那么為什么ANSYS則沒有這種規(guī)律呢？
其實(shí)后臺(tái)程序計(jì)算是肯定是按照理論上走的，也就是先得到節(jié)點(diǎn)的位移，再得到單元積分點(diǎn)的應(yīng)力應(yīng)變，再外推得到各個(gè)單元節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力應(yīng)變，最后平均得到節(jié)點(diǎn)解。
ANSYS之所以顯示的單元解不是單元積分點(diǎn)的解，而是各個(gè)節(jié)點(diǎn)的解，是因?yàn)?em>ANSYS已經(jīng)在得到單元積分點(diǎn)的解之后經(jīng)過外推得到了單元各個(gè)角節(jié)點(diǎn)的解，但是還沒有做平均。
也就是，ANSYS的單元解，其實(shí)不能完全看作單元解，筆者稱之為單元角節(jié)點(diǎn)解。
下載地址：solid186與solid185單元結(jié)果對(duì)比文檔下載
展開 一文讀懂怎么使用ANSYS中的遠(yuǎn)端力
我們已經(jīng)學(xué)會(huì)是怎么使用Remote Force了，但它的作用原理是什么呢？首先，我們將該項(xiàng)目數(shù)據(jù)傳遞至APDL中，傳遞方式如下。然后右鍵B2 Analysis，點(diǎn)擊Update，更新完成后再右鍵B2 Analysis，點(diǎn)擊Edit in Mechanical APDL，進(jìn)入APDL。
在APDL中，首先我們點(diǎn)擊Plot→Elements顯示單元。單元顯示如下。
為了確認(rèn)
軟件在計(jì)算過程中使用了哪些單元，我們?cè)诮Y(jié)構(gòu)樹中選擇Preprocessing→Element Type→Add/Edit/Delete進(jìn)入單元類型界面，發(fā)現(xiàn)計(jì)算過程中軟件建立了
5種單元，其中2種參與了計(jì)算：188（單元類型號(hào)為1）和2個(gè)170單元（單元類型號(hào)為8和9）。我們知道，188單元是梁單元，用來離散齒輪軸，那么170單元是怎么使用的呢？
為了
確認(rèn)軟件在哪個(gè)位置建立了170單元，我們首先列出各個(gè)單元。List→Elements。我們發(fā)現(xiàn)單元類型號(hào)為8和9的共4個(gè)，
分別為44號(hào)、45號(hào)、46號(hào)、47號(hào)單元，兩個(gè)點(diǎn)目標(biāo)單元和兩個(gè)線目標(biāo)單元（如下圖一所示）。然后我們?cè)趫D形區(qū)顯示下單元號(hào)：PlotCtrls→Nurmbering。彈出Plot Nurmbering Controls界面（若下圖二所示）。點(diǎn)擊OK，圖形區(qū)便顯示出單元號(hào)（如下圖三所示）。兩個(gè)點(diǎn)為44和46號(hào)單元，此處未顯示出單元號(hào)，讀者可以使用ansys的選擇工具進(jìn)行驗(yàn)證。
至此，我們大概明白ANSYS是怎么實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端力的施加了：首先在遠(yuǎn)端力的施加位置建立一個(gè)點(diǎn)目標(biāo)單元（170單元）；然后使用一個(gè)線目標(biāo)單元（170單元）將點(diǎn)目標(biāo)單元和beam單元連接起來。
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