ansys桿單元尺寸優化的案例
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中通常可以用耦合命令CP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：工業廠房
此類結構一般橫向跨度較大，屋頂采用鋼結構形式，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：門廳鋼結構雨棚
在具體模擬該結構時，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構的時候比較多，其特點是桿件兩端不考慮承受彎矩作用，節點只有平動自由度，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，注意本案例各構件尺寸僅為演示操作需要所擬，未經仔細推敲，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模擬該結構。
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。
材料數據如下
為了闡述如何使用ANSYS的單元生死技術，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，進行如下的熱應力仿真
（1）設置所有單元的材料參考溫度是0度，給所有節點施加100度，并保持所有單元都存活，做1次仿真
（2）設置所有單元的材料參考溫度是0度，給所有節點施加100度，殺死中間單元，做1次仿真
（3）設置其它單元的材料參考溫度是0度，給所有節點施加100度，激活中間單元，并設置該單元的材料參考溫度是100度，做1次仿真
（4）設置其它單元的材料參考溫度是0度，給所有節點施加0度，保持中間單元存活，并設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
（2）當單元激活時，會根據節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整。
2.單元生死技術的使用，關鍵是首先要創建出所有的單元，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.先創建4個節點，然后創建3個單元。
6.固定兩個端節點，并給所有節點固定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 在Ansys Workbench環境中對構件的尺寸優化設計
主題：關于Workbench下構件尺寸的優化設計
工作環境：
1.應用軟件：Ansys Workbench 9.0 SP1
2.操作系統：WinXP SP2
3.硬件配置：P4 2.8G, DDR 2G, IDE HD 80G
研究目的:簡單起見，研究圓截面懸臂梁在自由端受Y方向作用力時，截面半徑和梁跨度對最大位移（端面）的影響，并且在截面積盡量小，梁跨度盡量大的情況下優化尺寸。
研究流程：
1. DM 下建立幾何模型：
生成一直徑為10mm跨度為50mm的圓截面梁，并且勾上半徑和跨度前面的參數框，此時會要求填寫參數名稱，將參數標志DS加到新命字中(我設的是DS_D1和DS_FD1)。
2. DS下首先在幾何模型的CAD Parameters中選上DS_D1, DS_FD1;然后設置材料性質(我用默認參數_Structual Steel)，劃分網格(默認)，在一端施加位移約束，在一端施加大小為100N的力,方向為Y負方向。在Solution模塊中，選擇Deformation->Directery Deformation, 方向選擇為Y軸，并且勾上Max Deformation項。最后添加Parameter Item->arameter Manger,其中Parameter Manger分為上下兩欄，上欄為勾選的參量名字，下欄為當前情況下，各參量的值(Max Deformation還未算出，故為空)，可以通過添加新行來設置各種參數組合(我的設置DS_D1為9，10，11；DS_FD1為40，50，60即9種情況組合)，全部選中，Solve，此時相當于求解9次模型，有點費時間：( 此時得到的是最后一種情況下的計算結果。
3. 進入DesighXplorer，進行參數優化。
展開 
基于ANSYS Workbench2024R2 桿單元不同載荷下的瞬態分析 ￥50
<p>基于ANSYS Workbench2024R2 桿單元不同載荷下的瞬態分析</p><p>預應力分析</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： 力學碩士，有七年的結構有限元分析經驗
～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～
在ANSYS中，桁架結構（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，該單元有兩個節點，每個節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 桁架結構的建模，可以直接從節點單元開始，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，但計算本質還是轉化為實常數。
4 對于桿結構，荷載都施加在節點上，桿單元不能施加線荷載。
對于線模型（桿結構，梁結構，管結構），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 基于ANSYS APDL的某輸電塔塔架 結構尺寸優化設計
特別聲明：本次優化是基于ANSYS 經典 Design OPT 模塊，在ANSYS14.0版本以后，該模塊已經被移植到WB中。所以要完成本文類似的過程，需要安裝14.0以下的版本。
溫馨提示：如果電腦上有安裝14.0以上的版本，在安裝其他版本時（限11.0~13.0），直接安裝產品本身即可，無需卸載了再重新安裝舊版本，也無需重新安裝證書，高版本的證書支持低版本。
近年來，電力行業的快速發展推動了輸電線路鐵塔行業的發展。輸電線路鐵塔，按其形狀一般分為：酒杯型、貓頭型、上字型、干字型和桶型五種。本案例以一桶型輸電塔塔架為例，對其進行尺寸優化分析，簡要介紹采用ANSYS Design OPT進行優化分析的一般步驟。
某塔架塔高51m，底部開間23.16m，頂部開間8m，結構主材采用Q420、Q345和Q235三種角鋼，鋼材材料密度取 7850 kg/m3,彈性模量取205GPa。采用link180單元模擬各個桿件，各個桿件的截面面積通過實常數的方式進行賦值，結構底部固結。
展開 ANSYS分析VS理論解 | 簡單托架應力和變形分析（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桿的內力、應力和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：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)定義節點：Main Menu >Preprocessor >Create >Nodes > In Active CS →依次輸入3個節點坐標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 →拾取節點1和2 →OK。
展開 Ansys Workbench ACT插件，由窗口選中體單元，提取體積和表面積，計算幾何特征尺寸 ￥20
Ansys Workbench ACT插件，由窗口選中體單元，提取體積和表面積，計算幾何特征尺寸
問題：
在FKM關于結構疲勞評估計算方法中指出：零部件特征尺寸，影響疲勞結果評估。原因是材料的應力壽命曲線是由標準試樣進行試驗測試獲得的。當零部件的特征尺寸與測試樣件不一致時，需要考慮零部件的特征尺寸這一因素。（一般而言，當零部件的尺寸大于材料標準測試樣件時，零部件的表面或內部缺陷發生的概率會增加，從而導致零部件尺寸越大，疲勞壽命越低）
對與規則幾何形狀的零部件，有相應的經典公式提供特征尺寸的計算；例如圓形細長桿的特征尺寸是直徑；薄板零部件的特征尺寸是板厚等；但是實際工作中的零部件幾何形狀千差萬別，沒有統一的經典公式可以提供特征尺寸的計算；在FKM手冊中給出了一個通用公式，用于估計零部件疲勞危險區域的局部特征尺寸；
FKM關于循環載荷的疲勞評估中，提及可以使用循環載荷下的有限元應力結果進行疲勞損傷估計。此時，除了需要由應力結果估計危險疲勞區域，提取危險點的應力結果外，還需要給出危險疲勞區域的特征尺寸。在Ansys Workbench中，用戶可以方便的查看應力結果云圖，從而大體評估出危險疲勞區域。并且用戶可以通過選取高應力區域的單元體，再通過特征尺寸一般計算公式，來估計高應力區域的特征尺寸，進行進行合理的FKM疲勞評估。
但是，Ansys Workbench中，當用戶選中了某個/某些體單元后，在選擇信息欄中并不能直接給出單元體積和表面的有效信息輸出。并且通過查詢資料，即使在APDL經典界面中對與體單元也是僅僅只能輸出體積（沒有體單元表面的輸出）；并且對與FKM特征尺寸的一般計算公式中，關于表面積A，也并不是指每個體單元所有面的表面積的總和。
展開 基于ANSYS WorkBench 2021R1的梁單元的參數優化 ￥25
梁模型
有限元模型
結果查看
結果查看
附件包括分析模型
