ansys單元函數(shù)設(shè)置
關(guān)注創(chuàng)建者：王靖雯 創(chuàng)建時(shí)間：2023-03-07
ansys單元函數(shù)設(shè)置的實(shí)例教程
如題，《從形函數(shù)與函數(shù)的連續(xù)可導(dǎo)性到ansys結(jié)果中的節(jié)點(diǎn)解與單元解的差異》，形函數(shù)對(duì)結(jié)果的影響大部分人都能聯(lián)想到二次單元比線性單元求得的結(jié)果更精確，但該文要表達(dá)的不僅如此，而是從更一般地討論怎么從單元的形函數(shù)來(lái)理解節(jié)點(diǎn)解與單元解之間的差異。
首先討論單元的階次。作為基礎(chǔ)我們應(yīng)該明白網(wǎng)格與單元的區(qū)別，網(wǎng)格是將幾何體離散化后的結(jié)構(gòu)，即組成幾何體的微元，單元是這些微元的幾何、物理或數(shù)學(xué)屬性（這里我們并不打算詳細(xì)討論單元的這些屬性，但是這些知識(shí)會(huì)方便對(duì)本文的理解）。我們經(jīng)常在使用ansys或其他CAE軟件時(shí)經(jīng)常會(huì)遇到單元的選擇以及單元階次的選擇，一般一種單元包括線性單元和二次單元甚至更高級(jí)的單元，比如在ansys中經(jīng)常被使用的shell181（左）和shell281（右），線性單元使用的形函數(shù)是一次的多項(xiàng)式，高次單元使用的形函數(shù)是高次的多項(xiàng)式，形函數(shù)用于描述相鄰節(jié)點(diǎn)之間的位移場(chǎng)，所以高次的單元可以更好的描述形狀復(fù)雜的幾何體。
不同于常規(guī)材料力學(xué)中通過(guò)平衡方程求解（首先求得的解是力解），有限元方式求解的特點(diǎn)是首先求解出的結(jié)果是節(jié)點(diǎn)的位移解，即displacement of nodes，所有的節(jié)點(diǎn)位移形成了位移場(chǎng)，在空間上位移場(chǎng)一定是連續(xù)的，但是不一定是平滑的。哎哎，是不是特別熟悉的感覺(jué)，正是和高數(shù)中函數(shù)的連續(xù)性和可導(dǎo)性?xún)蓚€(gè)性質(zhì)非常相似，不用奇怪，位移場(chǎng)本來(lái)就是用函數(shù)描述的，所以自然就存在函數(shù)的性質(zhì)，所以用函數(shù)的性質(zhì)來(lái)理解就可以方便解釋一些現(xiàn)象了，下圖分別是用兩種形函數(shù)描述的位移場(chǎng)，在有限元求解后得到的首先是節(jié)點(diǎn)位移解，即圖中5個(gè)節(jié)點(diǎn)的位移，假如每個(gè)節(jié)點(diǎn)的位移用坐標(biāo)x\y\z的函數(shù)來(lái)表示，然后通過(guò)形函數(shù)插值得到相鄰節(jié)點(diǎn)之間的位移（也是xyz的函數(shù)），上圖是用一次形函數(shù)插值，下圖是用二次形函數(shù)插值。
展開(kāi) 選擇梁單元的軸線
latt,1,,1,,7,8,1 !將材料號(hào)、截面參考號(hào)、實(shí)常數(shù)（如果有的話(huà)）、方向關(guān)鍵點(diǎn)等信息分配給
!上面已經(jīng)選擇好的還沒(méi)有劃分單元的梁軸線/
lesize,all,,,10 !指定梁縱向劃分網(wǎng)格的尺寸。由于前面已經(jīng)用LSEL命令選擇好了的線就是梁的中軸線
!所以不需要再次選擇（ANSYS里，選擇好的實(shí)體會(huì)有個(gè)標(biāo)志，除非你用命令改變了它們）
lmesh,all !劃分網(wǎng)格，好了，你可以再改變參數(shù)，增加荷載項(xiàng)并求解啦。
【附注】
把在ansys中使用梁單元的主意事項(xiàng)列于下：
1. beam188、beam189在section中設(shè)定參數(shù)；而beam3、beam4則必須在實(shí)常數(shù)中設(shè)置，其中橫截面積、彎曲慣性矩以及扭轉(zhuǎn)慣性矩是必須填入的，截面厚度（TKY、TKZ）只在圖形顯示中有用，計(jì)算的時(shí)候并不用到它，看一下梁單元剛度矩陣的推導(dǎo)就可明白，ansys的理論手冊(cè)也有梁單元剛度陣元素的詳細(xì)介紹。beam188、beam189 是從ansys5.5版本開(kāi)始出現(xiàn)的兩種新的梁單元，基于Timoshenko梁理論，適于細(xì)長(zhǎng)梁的計(jì)算分析，考慮了剪切變形的影響。
2. 梁單元以實(shí)體的形式顯示。大家知道，在ansys中，梁單元默認(rèn)都是顯示的線條。但是我們可以將賦予了section屬性的梁顯示成實(shí)體，這樣做的好處是，更加形象，直觀，可以對(duì)梁的布置正確與否作出準(zhǔn)確的判斷。方法是：在Utility Menu->PlotCtrls->Style->Size and Shape菜單下，將Display of element后的單選打開(kāi)，即使其為on的狀態(tài)。
3. 單元彎矩圖的繪制。
展開(kāi) 對(duì)于厚度尺寸相對(duì)于其他幾何尺寸較小的結(jié)構(gòu)，我們常常采用殼單元來(lái)代替三維實(shí)體單元進(jìn)行分析。殼單元模型雖然不像三維實(shí)體模型那樣更接近真實(shí)模型，但其單元及節(jié)點(diǎn)數(shù)量少，計(jì)算量小，在工程中對(duì)復(fù)雜模型進(jìn)行簡(jiǎn)化時(shí)，采用殼單元能大大降低工作量和計(jì)算難度。
在建立殼單元模型時(shí)，我們需要輸入殼的厚度值，該厚度值可以在DM中設(shè)置，也可以在Mechanical中設(shè)置。DM中僅允許輸入常量厚度值（即等厚度），在Mechanical中可以設(shè)置隨某一坐標(biāo)變量變化的厚度值。
等厚度模型
厚度隨坐標(biāo)變化的模型
大多數(shù)情況下，以上厚度設(shè)置是能夠滿(mǎn)足工程分析需要的。但是，有一天突發(fā)奇想，我想建一個(gè)厚度值隨多個(gè)坐標(biāo)值變化的模型，現(xiàn)有的方法以函數(shù)進(jìn)行輸入厚度隨坐標(biāo)變化時(shí)，只允許輸入一個(gè)變量，怎么辦？
workbench提供了一個(gè)很好的工具—External Data。用它，可以將任意位置的厚度值進(jìn)行任意編輯，然后導(dǎo)入到Mechanical中。
展開(kāi) 
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首先討論單元的階次。作為基礎(chǔ)我們應(yīng)該明白網(wǎng)格與單元的區(qū)別，網(wǎng)格是將幾何體離散化后的結(jié)構(gòu)，即組成幾何體的微元，單元是這些微元的幾何
對(duì)于厚度尺寸相對(duì)于其他幾何尺寸較小的結(jié)構(gòu)，我們常常采用殼單元來(lái)代替三維實(shí)體單元進(jìn)行分析。殼單元模型雖然不像三維實(shí)體模型那樣更接近真實(shí)模型，但其單元及節(jié)點(diǎn)數(shù)量少，計(jì)算量小，在工程中對(duì)復(fù)雜模型進(jìn)行簡(jiǎn)化時(shí)，采用殼單元能大大降低工作量和計(jì)算難度。
在建立殼單元模型時(shí)，我們需要輸入殼的厚度值，該厚度值可以在DM中設(shè)置，也可以在Mechanical中設(shè)置。DM中僅允許輸入常量厚度值（即等厚度
關(guān)于梁分析的一個(gè)例子。首先是建立截面形式。為了后面調(diào)試中清楚地看到方向關(guān)鍵點(diǎn)的影響，所以截面采用矩形截面。調(diào)試的結(jié)果表明：截面的關(guān)鍵點(diǎn)是確定中性軸圍繞梁縱軸轉(zhuǎn)動(dòng)的定位（或者說(shuō)，無(wú)論怎么取方向關(guān)鍵點(diǎn)，截面的法線永遠(yuǎn)與梁的縱軸線平行，）如果大家為了測(cè)試這一點(diǎn)，可以采用與梁縱軸線垂直的面內(nèi)的若干個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)實(shí)驗(yàn)一下。如果兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)造成截面取向不同，則梁沿縱軸發(fā)生扭曲。前一個(gè)方向關(guān)鍵點(diǎn)控制的是梁的起點(diǎn)的方向，
