ansys生死單元技術的案例
ANSYS單元生死技術助力牛郎織女來相會
作者：李桂花 安世亞太結構應用工程師
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本文共計422字，閱讀時間預計2分鐘
編者按
作者利用ANSYS單元的生死功能，通過修改單元剛度的方式，模擬出牛郎織女七夕節鵲橋相會的場景，讓仿真充滿生活氣息，趣味十足。
今天教大家用ANSYS單元生死技術做一個高端大氣上檔次的鵲橋相會。
操作步驟
第一步：建模
模型很簡單，一座拱橋，兩顆愛心。
第二步，畫網格
選擇插入method，選擇Body Fitted Cartesian，效果如圖。設置了愛心為剛體，所以沒有網格。
第三步：按照階梯層數，分別建立單元組件
以下圖片為了顯示方便，只取了一部分組件展示。
第四步：根據每層單元復活的順序，設置載荷步數
例如本例建有12個依次復活的組件，至少需要設定12個載荷步。
展開 基于ANSYS APDL的兩端固定桿的單元生死仿真【轉載】
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 ansys Workbench 靜應力模塊，利用生死單元技術結合APDL命令，模擬轉軸最大扭力 ￥10
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ansys Workbench 靜應力模塊，利用生死單元技術結合APDL命令，模擬轉軸最大扭力
示例：要求計算轉軸所能承受的最大扭轉力矩，轉軸抗拉強度1230MPa
模型如下： 中間最細位置R=3
Workbench計算時，左側固定。右側面施加圓轉位移。
效果展示
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操作過程：
首先，初步計算轉軸旋轉多少會接近許用最大值1000Mpa。確定初始載荷大小。
當加載1° ——0.0174 弧度 ，時 轉軸約945Mpa。
其次，利用APDL命令分載荷步逐步增大轉角載荷，并在每個載荷步中進入后處理中查看是否有單元應力超過許用值1000Mpa。當有單元超過許用值時記錄該單元，在下一步載荷過程中將該單元抑制。繼續加載直到循環結束。
1.創建加載點——remotePoint
在Pilot Node APDL Name 中定義名稱：后期將在插入的APDL命令中使用該名稱，更改載荷大小。
創建單元組——Name Selection
在每個載荷步的后處理中需要篩選單元結果，查看是否超過許用應力。為了縮小查詢范圍可以先根據經驗判斷危險截面位置，將危險截面附近的單元定義為一個組。在后期結果查看時，僅在該組內查找單元應力。從而提高計算效率。
注意：選著的是單元組，可以使用框選功能。
在Analysis setting 中插入Command 命令
插入命令如下所示，同時注意單位制的選著，本例使用mm kg N。 命令見附錄
命令中包含有三種 應力評估方法，一:剪應力失效。二：等效應力失效。三：第一主應力失效。應根據實際工況條，結合零部件失效模式，自主選著。
!!!!!1.使用剪切應力判斷是否失效*********************
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展開 ANSYS的生死單元模擬焊接過程
ANSYS的生死單元模擬焊接過程
1 概述
焊接模擬計算在CAE仿真是比較大的一塊內容，也是比較復雜的一個過程，幾個比較關鍵的問題是熱源函數的描述、單元的融覆、熱源的移動等等，通過單純的GUI操作，無論使ANSYS還是Abaqus都不大可能完成這個過程，通常需要借助軟件的內置語言。
本次主要介紹單元生死的應用，單元生死主要用于單元缺失的場合，比如凝固溶解過程，斷裂過程，焊接過程等等，這些過程都是非線性或者時間歷程過程，計算需要很多子步和迭代，為了在此過程中避免一遍一遍修改單元，便引入生死單元的概念，通俗的講就是通過一些方法讓單元失效，具體的改變是單元的彈性模量的改變，當單元死時，修改其彈性模量為非常小的值，讓其在求解過程中不起作用。
詳細地說，激活單元死這個狀態時，ANSYS程序將單元剛度矩陣乘以很小的因子，程序默認值為1E-6，死單元的單元載荷為0，從而不對載荷向量生效，同樣的，死單元的質量、阻尼、比熱等等參數也設置為0，單元的應力應變也因此為0。
2 前處理
前處理包括單元定義、材料定義和建模，單元定義是需要注意單元屬性，此次定義13號二維耦合單元，具有溫度和位移自由度。
材料屬性包括結構參數和熱參數，具體包含彈性模量，泊松比，屈服強度，塑性屬性，材料密度，熱膨脹系數，熱傳導系數，比熱容。焊接時溫度較高，定義材料通常需要定義多個溫度下的值。
展開 
ANSYS生死單元之焊接過程模擬
在ansys計算過程中，如果需要向模型中加入（或刪除）實體，模型中對應實體部位的單元就“存在”（或消亡）。單元生死選項就用于在這種情況下殺死或重新激活選擇的單元。
例如，在焊接分析過程中，隨著高溫焊料的加入，坡口處的單元需要不斷地被激活；在材料斷料分析中，隨著裂紋的延伸，斷裂處的單元需要不斷的被殺死；在隧道挖掘和橋梁建立分析中，材料也需要不斷的被殺死或激活。因此，單元的生死應用技術廣泛的存在于ansys仿真分析中，是一項應用非常廣泛的技術。
單元的生死并不是ansys程序將殺死單元對應的實體從模型中刪除，或者激活重新生成材料，而是通過將其剛度矩陣，或者傳導矩陣（對應于不同的分析），乘以很小的因子（ESTIF），默認值為1E-6。死單元的單元載荷將為0，從而不對載荷向量生效，等效于將單元殺死；
同樣，當一個單元被重新激活時，其剛度，單元載荷等恢復其原始的數值，重新激活的單元也沒有應變記錄，在熱分析里面沒有熱量存儲。需要注意的是，生死單元對大部分單元可以應用，然而對某些單元卻是不可用的。
在一些情況下，單元生死狀態可以根據ansys的計算結果決定。如在斷裂分析中，我們需要將應力值大于材料屈服強度的單元殺死，可以利用Etable選擇相應的單元進行殺死，繼而返回到求解器進行求解，如果如此循環，則可觀察到裂紋的生長過程。
可以在大多數靜態和非線性瞬態分析中使用單元生死，其基本分析與相應的分析過程是一致的，主要包括三個步驟：建模，施加載荷并求解，查看結果。
現通過ansys焊接過程，講解生死單元的應用。
兩個平板進行對接，采用V型坡口。在焊接的過程中，焊料不斷加入坡口，進行焊接。平板溫度采用20℃，焊料溫度采用1500℃。
展開 基于Abaqus的生死單元技術的焊接仿真分析 ￥11.99
Mesh模塊
焊錫部分單元控制：Hex-dominated，Sweep，Medial axis
兩邊彎板單元控制：Hex-dominated，Sweep，Advancing front
設置全局單元尺寸為0.001m，按圖中順序依次劃分網格，選擇單元類型為Heat Transfer（DC3D8）
4. Step模塊
采用Python腳本（參考附錄：第一部分（循環生成分析步））實現分析步自動循環創建。
5. Interaction模塊
在“Step-2”設置表面對流換熱條件和熱輻射條件
6. Load模塊
定義體熱源和預定義溫度場
7. 編輯模型屬性（Model-->Edit Attributes）
設置絕對零度(-273.15)和波爾茨曼常數(5.67E-8)。
8. 生死單元實現
（1）查看焊錫部分兩端的單元編號，以及單元編號的分布規律。本例中焊錫部分每層有8個單元，兩端的單元編號分別為1~8和793~800。
（2）采用Python腳本（參考附錄：第二部分（循環編輯關鍵字Model change））實現關鍵字Model change的自動添加。
9. Job模塊
建立Job，在General選項卡添加User subroutine file（Fortran文件），并提交。
展開 ANSYS單元生死功能模擬門式剛架施工例子
ANSYS單元生死功能模擬門式剛架施工
! Simulate the construction of a frame with the element active/kill
! function of ANSYS
! 施工分為三步
! The construction is divided into 3 steps
! 1: 建立立柱和臨時支撐
! 1: Install the column and temporary support
! 2: 安裝橫梁
! 2: Install the beams
! 3: 去掉臨時支撐
! 3: Remove the temporary support
! 作者：陸新征，清華大學土木系
! Author: Lu Xinzheng Dept. Civil Engrg. of Tsinghua University
[Money=20]
FINISH
/CLEAR
/UNITS,SI
/PREP7
!*
SECTWIDTH=300 !構件截面寬度300MM
SECTHEIGHT=600 !構件截面高度600MM
SECTAREA=SECTWIDTH*SECTHEIGHT
SECTIYY=SECTWIDTH**3*SECTHEIGHT/12.
SECTIZZ=SECTWIDTH*SECTHEIGHT**3/12.
SPAN=24E3 !跨度24M
COLUMNHEIGHT=8E3 !柱子高度8M
SLOP=3E3 !
展開 基于ANSYS的某焊接件兩焊縫在順序焊接過程中的分析（生死單元應用案例）
關于生死單元的簡單介紹
在ansys計算過程中，如果需要向模型中加入（或刪除）實體，模型中對應實體部位的單元就“存在”（或消亡）。單元生死選項就用于在這種情況下殺死或重新激活選擇的單元。例如，在焊接分析過程中，隨著高溫焊料的加入，坡口處的單元需要不斷地被激活；在材料斷料分析中，隨著裂紋的延伸，斷裂處的單元需要不斷的被殺死；在隧道挖掘和橋梁建立分析中，材料也需要不斷的被殺死或激活。因此，單元的生死應用技術廣泛的存在于ansys仿真分析中，是一項應用非常廣泛的技術。
單元的生死并不是ansys程序將殺死單元對應的實體從模型中刪除，或者激活重新生成材料，而是通過將其剛度矩陣，或者傳導矩陣（對應于不同的分析），乘以很小的因子（ESTIF），默認值為1E-6。死單元的單元載荷將為0，從而不對載荷向量生效，等效于將單元殺死；同樣，當一個單元被重新激活時，其剛度，單元載荷等恢復其原始的數值，重新激活的單元也沒有應變記錄，在熱分析里面沒有熱量存儲。需要注意的是，生死單元對大部分單元可以應用，然而對某些單元卻是不可用的。
在一些情況下，單元生死狀態可以根據ansys的計算結果決定。如在斷裂分析中，我們需要將應力值大于材料屈服強度的單元殺死，可以利用Etable選擇相應的單元進行殺死，繼而返回到求解器進行求解，如果如此循環，則可觀察到裂紋的生長過程。
可以在大多數靜態和非線性瞬態分析中使用單元生死，其基本分析與相應的分析過程是一致的，主要包括三個步驟：建模，施加載荷并求解，查看結果。
今年隨著ANSYS19.0的推出，也帶來了一個好消息：ANSYS V19.0在Workbench界面下新增了網格生死功能。以往我們只能在經典界面下進行網格生死操作，或者在Workbench界面下借助APDL來實現網格生死，這種操作既不方便又容易出錯。
展開 包含workbench超過應力單元生死的模型，怎么做的ppt，workbench插入的命令流和ansys經典界面命令流可以和workbench對比 ￥100
包含workbench超過應力單元生死的模型，怎么做的ppt，workbench插入的命令流和ansys經典界面命令流可以和workbench對比
包含workbench超過應力單元生死的模型，怎么做的ppt，workbench插入的命令流和ansys經典界面命令流可以和workbench對比 ￥100
workbench 根據計算的等效應力，實現單元生死的方法和模型，里邊做了詳細的注釋
【JY】ANSYS Workbench在減隔震應用分析中的單元積分技術筆記
寫在前文
盡管減隔震技術與有限元結合取得了眾多成果，但仍面臨諸多挑戰，如材料非線性、模型不確定性等等。減隔震設計除了常規的宏觀結構設計采用SAP2000、Etabs、Midas、SSG、Paco-SAP 或 YJK\PKPM等。
【JY】各類有限元軟件計算功能賞析與探討
我們需要更清楚減隔震元件的破壞模式，對減隔震元件進行破壞分析，除了對減隔震元件在正常工況下的性能進行評估，有限元技術還可以用于研究元件在極端條件下的破壞行為。這有助于了解元件的破壞機理，并為設計提供更全面的數據支撐。
并且在多物理場耦合分析也需要運用在實際應用中，因為減隔震元件可能會面臨復雜的物理環境，如溫度變化、流體流動等。有限元技術可以考慮這些多物理場耦合效應，從而更準確地預測元件在實際工況下的性能。
黏滯阻尼器的固流耦合分析：
對于ABAQUS的單元介紹已經做了詳盡，個人感覺固體力學上ABAQUS還是上手比較方便，而多場耦合、快速建模預估Workbench會方便一些，因人而異：
【JY】有限單元分析的常見問題及單元選擇
ANSYS Workbench就像一個科技界的“瑞士軍刀”，集合了各種強大的單元技術，為減隔震元件提供全面且準確的分析支持。近期對于ANSYS Workbench進行了學習，本文將對ANSYS Workbench 各類單元技術做一個筆記總結，便于為減隔震元件分析提供理論基礎。（畢竟Workbench大部分時候會自動匹配相應所需技術）
B-bar方法完全積分
Workbench中的B-bar方法是一種常用于處理低階單元完全積分的技術，也被稱為選擇性減積分策略。它是針對有限元分析（FEA）中的一種改進方法，旨在提高計算效率和準確性。
展開 
Ansys中級認證窗口課程：LS-DYNA中殼體與實體單元連接技術應用
摘要：在LS-DYNA分析中經常會使用實體單元與殼體單元以滿足不同部位的分析要求，這就存在殼與實體單元連接時自由度不匹配的問題。本文詳述三種不同的連接方法案例。如果不需要傳遞轉動可以使用合并節點法和約束法，合并節點法要求節點重合，計算效率最高，約束法不要求節點重合。接觸法可以傳遞轉動，接觸法使用最為靈活，消耗的計算資源較多。
殼體單元的每個節點只有３個沿著x、y和z方向的平動自由度UX、UY、UZ；在實體單元中，每個節點具有六個自由度：沿x、y 和z方向的平動自由度UZ、UY、UZ以及繞X、Y和Z軸的轉動自由度TOTX、TOTY、ROTZ。當實體單元和殼單元連接在一起共同工作時，即存在自由度不協調問題。
案例部分分為四步，第一步建立沒有連接的模型，后三步都是在第一步模型的基礎上進行連接。具體操作視頻請在技術鄰搜索“李安民”，關注我，收看視頻。
1.1 模型建立
1.1.1 幾何模型
Geometry->Solid->Box，在Creat Box對話框或者圖形視口（Graphics Viewport）輸入實體單元尺寸，如果所示，點擊Apply關閉完成長方體。
Geometry->Surface->Plane，在Create Plane輸入如下圖所示的參數，點擊Appley生成平面。
1.1.2 網格劃分
FEM->Element and Mesh->Solid Mesher對實體網格劃分，填入Elem Size為0.5，點擊Try Meshing Automatically，若不滿意可以點擊Reject拒絕，再從新調整尺寸等參數，確認無誤，點擊Accept。
展開 『原創』ANSYS中殼單元截面如果能夠自定義該是有限元技術中的一個難點突破!
殼單元是工程實際應用中一種重要的單元形式,能夠解決非常多的實際問題!比如壓力容器,橋梁分析,鋼結構分析,復合材料,汽車,船舶等等!
然而在多年的有限元工程應用中,有一個問題一直都困擾著我,問題描述如下:有一大類薄板結構,其截面是不規則的,如果按照均勻薄板結構來算顯然會有較大出入;若按照梁殼結合,工作量將是非常大,且未必能夠很好的解決!
某突發奇想,如果有限元中能象解決梁截面一樣,在分析中也可以自定義殼截面那改有多好啊!
這個問題我在仿真互動論壇中也發過貼子,在這里希望繼續和大家探討,多交流,看是否還有什么更好的解決辦法!
基于ANSYS的實體單元扭矩施加方法總結(原創帖子，轉載請注明出處，謝謝！技術鄰ID有限元中解人生) ￥1
基于ANSYS的實體單元扭矩施加方法總結
1、 引言
在實際工程問題中，扭矩無處不在。如攻絲的絲錐、車床的光桿、攪拌軸、汽車傳動軸等等，均為受扭構件，承受扭矩作用。為了更好的分析上述構件在扭（轉）矩作用下的變形、應力、應變等物理量，現代先進設計制造分析方法引入有限元來模擬結構在外載荷作用下的響應問題。對于很多工程模型，必須考慮結構的一些幾何特征，如軸的鍵槽、絲錐的螺紋面等。因此，實體模型上扭矩的施加就成為一個非常關鍵的問題。這包括扭矩施加的形式、位置，不同方式施加的扭矩會導致整體剛度矩陣的不同，最終會導致應力奇異，影響結果的評定。ANSYS作為全球最通用的大型有限元分析軟件之一，其強大的分析功能已為國內外一致認同，現已成為許多領域結果評定的行業標準。由于ANSYS中不能直接對實體單元施加力矩，傳統方法采用若干對力偶來代替扭矩，該方法容易導致局部應力集中；改進的方法引入一些特殊單元如rbe3單元、mpc184單元、mass21單元等，通過引入這些特殊單元，能夠比較好的實現扭矩的施加，但是特殊單元的引入又改變了整體剛度矩陣。為了解決由于引入特殊單元而導致影響整體剛度矩陣的問題，有學者等提出采用接觸單元能夠很好的解決扭矩的施加問題。
本文旨在綜合關于扭矩施加的各種方法，并對這些方法進行分析比較，從而找到關于實體單元扭矩施加有效、合理的方法，為結構有限元分析提供有益的參考。
2、 ANSYS中扭矩的施加
2.1 工程實例
現以長為0.2m直徑為100mm的實心鋼管為例說明扭矩的施加。鋼管材料視為線彈性，其彈性模量及泊松比分別為：E=2e11Pa，μ=0.3。 鋼管一端固定，另一端受1000N.m扭矩作用。
展開 管道對接2層焊，層間冷卻熔覆溫度場、應力場模擬分析
04
溫度場計算的加載和邊界條件
由于實際焊接中焊縫是慢慢從無到有生長出來的，ANSYS中通過生死單元技術模擬單元的生長過程，所謂的單元“生死”并不是在加載過程中重新建立焊縫區域單元，而是在建模初期就已經將焊縫區域模型建好，并完成劃分網格。利用在workbench中插入“生死單元”來模擬焊道的生成。
05
溫度場模擬結果
計算得到的熱歷史如圖所示，可知實現了兩層焊道的層間冷卻和熱源加載。第一道焊接結束后冷卻60S，進行第二道焊接，最后再冷60S。
在熱歷史曲線中可發現一些異常的點溫度突變，這是因為網格劃分較粗且網格節點不對應造成，后續可通過細化網格解決這一問題。
圖3 焊接過程熱歷史圖
如下圖所示為第一道焊接過程中，第15S和第45S時候的溫度分布，可知在第一道焊接中最大溫度約為2700℃。
圖4 第15S和第45S時候的溫度分布
由于結構鋼的熔點為1500℃，對15秒時候的結果溫度進行設置，可知，焊道能夠完全熔化，焊接可靠。
展開 