ansys非連續(xù)平面單元的案例
平面單元和3D單元在處理幾何非線性有何區(qū)別？
我有一個關于幾何非線性的疑問的。
我用abaqus分析了一個彈性薄板在平面內應力作用下（軸向受拉）的約束反力和位移的曲線（荷載位移曲線），用的是位移加載的方式。分別用C3D8R單元和CPS4R單元進行模擬，當關閉大變形時，得出的兩條曲線完全重合；打開大變形后，兩條曲線差別很明顯，應變越大，差距越大。請問版主，這是什么原因呀？
abaqus在處理幾何非線性的時候，兩種單元的處理方式有什么區(qū)別呢？
請版主幫我想想辦法，謝謝。
【JY】Abaqus“殼”單元概述與應用（三）——非線性擬協(xié)調固體連續(xù)殼單元CSS8
出平面彎曲補丁測試：驗證彎曲應變的合理性。通過 EAS 增強厚度應變 + ANS 修正剪切應變的單元，在 Vu-Quoc 與 Tan 提出的彎曲補丁中，應變誤差 < 1e-7。
3.2 效率對比：與傳統(tǒng)方法的量化差距
在相同計算資源下，EAS+ANS 單元的優(yōu)勢顯著：
計算時間： CSS8單元的單步迭代時間僅為傳統(tǒng) 3D 實體單元的 1/3，在 10×10×1 網格的壓縮測試中，總耗時減少 67%。
收斂速度：在非線性分析中，CSS8單元的牛頓迭代收斂步數(shù)比未采用 EAS 的單元少 20%-30%，尤其在近不可壓縮材料分析中優(yōu)勢明顯。
3.3 EAS 與 ANS 的協(xié)同應用
增強擬應變法（EAS）與假設自然應變法（ANS）的協(xié)同應用，從根本上解決了連續(xù)殼單元在彎曲分析中的鎖定問題：
EAS通過增強應變模式，釋放面內與厚度方向的應變自由度，確保彎曲時應變分布的物理合理性，消除體積鎖定與彎曲剛度異常。
ANS通過自然坐標下的應變重插值，修正橫向剪切與厚度應變的分布，徹底消除剪切鎖定與曲率厚度鎖定。
從線性彎曲到非線性大變形，從彈性材料到彈塑性、超彈性材料，兩種方法的結合使連續(xù)殼單元在精度、效率與穩(wěn)定性上實現(xiàn)突破，為仿真提供了可靠工具。
3.4 核心公式匯總
Hu-Washizu 泛函（EAS 理論基礎）：
EAS 厚度應變增強（出平面彎曲）：
ANS 橫向剪切應變修正：
ANS 厚度應變修正（曲率鎖定）：
完
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展開 離散單元法——非連續(xù)介質模擬的有效手段 附離散單元法及其在EDEM上的實踐下載
Background
離散單元法誕生的背景
巖土，經受長期的地質構造作用，在一定的地質環(huán)境中形成一定的結構，顯現(xiàn)出寬廣和多變的材料響應范圍。與一般的工程材料相比，它顯現(xiàn)出結構上的不連續(xù)性、不均勻性和各向異性，且在物理力學性質上存在非線性。巖土材料的這些特性促使了許多數(shù)值模擬方法的發(fā)展以研究它的力學行為，如有限差分法、有限單元法和離散單元法。能夠模擬連續(xù)和非連續(xù)材料各力學行為的數(shù)值模擬工具已成為了研究者們追求的目標。
在巖土工程的早期研究階段，太沙基、比奧等先賢們讓碎散的土擁有了和其他連續(xù)介質一樣的“方程”，使得連續(xù)介質的理論也能夠為其所用。隨著計算機技術的發(fā)展以及科學研究的深入，基于連續(xù)介質理論的計算方法難以滿足研究者們對于計算精度的要求。受到分子動力學原理的啟發(fā)，在20世紀70年代，Cundall P. A. 教授[1]首次提出了一種顆粒離散體材料的分析方法，即離散單元法（Discrete Element Method），并將其應用于巖石塊體力學問題的分析。為了研究顆粒尺度上顆粒集合體的力學特性，1979年Cundall和Strack[2]又提出了適用于土力學的離散單元法。與常規(guī)有限單元法不同的是，離散單元法允許單元間的相對運動，不一定滿足位移連續(xù)和變形協(xié)調條件，計算速度快且所需的存儲空間較小，特別適用于巖土體材料的大變形/位移的分析。在隨后的幾十年中，離散單元法的應用領域不斷拓寬，逐漸被應用于散狀物料、粉體工程等領域。
2. Basic Principle
離散單元法的基本原理
世界上所有的物體都是由原子組成的，原子之間相互作用，進而構成分子、實體，并在外界作用下發(fā)生運動。
展開 離散單元法——非連續(xù)介質模擬的有效手段
離散單元法誕生的背景
巖土，經受長期的地質構造作用，在一定的地質環(huán)境中形成一定的結構，顯現(xiàn)出寬廣和多變的材料響應范圍。與一般的工程材料相比，它顯現(xiàn)出結構上的不連續(xù)性、不均勻性和各向異性，且在物理力學性質上存在非線性。巖土材料的這些特性促使了許多數(shù)值模擬方法的發(fā)展以研究它的力學行為，如有限差分法、有限單元法和離散單元法。能夠模擬連續(xù)和非連續(xù)材料各力學行為的數(shù)值模擬工具已成為了研究者們追求的目標。
在巖土工程的早期研究階段，太沙基、比奧等先賢們讓碎散的土擁有了和其他連續(xù)介質一樣的“方程”，使得連續(xù)介質的理論也能夠為其所用。隨著計算機技術的發(fā)展以及科學研究的深入，基于連續(xù)介質理論的計算方法難以滿足研究者們對于計算精度的要求。受到分子動力學原理的啟發(fā)，在20世紀70年代，Cundall P. A. 教授[1]首次提出了一種顆粒離散體材料的分析方法，即離散單元法（Discrete Element Method），并將其應用于巖石塊體力學問題的分析。為了研究顆粒尺度上顆粒集合體的力學特性，1979年Cundall和Strack[2]又提出了適用于土力學的離散單元法。與常規(guī)有限單元法不同的是，離散單元法允許單元間的相對運動，不一定滿足位移連續(xù)和變形協(xié)調條件，計算速度快且所需的存儲空間較小，特別適用于巖土體材料的大變形/位移的分析。在隨后的幾十年中，離散單元法的應用領域不斷拓寬，逐漸被應用于散狀物料、粉體工程等領域。
2. 離散單元法的基本原理
世界上所有的物體都是由原子組成的，原子之間相互作用，進而構成分子、實體，并在外界作用下發(fā)生運動。理論上，如果知道了每一個原子的運動狀態(tài)，那么由這些原子所構成的實體的運動狀態(tài)便是確定的。
展開 
在ANSYS 中3維坐標下的 shell structure 使用2D 平面單元劃分，應該使用哪個單元型號的單元
在ANSYS 中3維坐標下的 shell structure 使用2D 平面單元（僅考慮平面內的位移）劃分，應該使用哪個單元型號的單元？
UEL 平面應變單元包含材料非線性（Mises屈服，各向同性硬化，J2流動法則和一致性準則） ￥20
UEL uel
發(fā)布平面應變4節(jié)點考慮材料非線性的UEL，UEL+材料非線性的程序走通了。最早2010年發(fā)布于simwe論壇，遷移至此！
UEL的具體設置如下:
1.平面4節(jié)點單元，4個應力輸出sigma（x），sigma（y），sigma（z），sigma(xy);4個應變輸出E（x），E（Y），E（z）=0，E（xy）；9個SVARS分別代表4塑性應變，4個流動應力，和一個累計等效塑性應變
2.本構關系（流動應力更新）：歐拉后推徑向返回，遵守Mises屈服，各向同性硬化，J2流動法則和一致性準則。
3.非線性求解：inp是載荷為邊界位移（目前流行的求解方式為增量迭代的方式， 具 體有位移增量迭代，載荷增量迭代，弧長增量迭代（riks），可以肯定的是我沒有采用弧長方法，至于默認求解迭代方式是位移控制還是載荷控制，我沒有在手冊中找到，但是論壇上有人說是位移控制）
4.積分方式：等參單元采用2X2的積分點
UEL uel
For and inp文件如下
展開 平面四邊形四節(jié)點單元計算程序與ANSYS結果對比
為什么要導出單元剛度矩陣
在學習有限元方法時，我們會需要編寫程序計算結構的單元剛度矩陣。此外，當我們需要做有限元軟件二次開發(fā)時，我們也需要驗證所做的開發(fā)是否正確。為了驗證程序正確性，我們可以從商業(yè)有限元軟件中導出單元剛度矩陣來驗證程序的計算結果。下面簡單介紹從ansys軟件中導出平面四邊形四節(jié)點單元的單元剛度矩陣。
平面四邊形四節(jié)點單元示例
如圖所示，計算這兩個單元組成單元剛度矩陣，并組裝成整體剛度矩陣，求解各個節(jié)點的位移。
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
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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(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 桁架結構的建模，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，但計算本質還是轉化為實常數(shù)。
4 對于桿結構，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 從形函數(shù)與函數(shù)的連續(xù)可導性到ansys結果中的節(jié)點解與單元解的差異
無論用哪種形函數(shù)插值得到的節(jié)點間的位移都是連續(xù)的，但是無論用哪種形函數(shù)插值得到的單元連接處的位移都是不平滑的，假如節(jié)點1和節(jié)點2之間的單元是單元1，節(jié)點2與節(jié)點3之間的是單元2，無論采用什么類型的形函數(shù)，位移在單元1與單元2連接處（node2）總是不平滑的，把節(jié)點之間的連線看作函數(shù)曲線，在單元之間的連接處總是不可導的，但都是連續(xù)的，原因是形函數(shù)只在單元內描述位移場，從不跨界。
那么為什么要強調位移場在節(jié)點處不平滑呢，只要連續(xù)那么在結果的位移云圖上不就足夠了嗎？這就牽涉到應力，應力可以認為是位移場的微分解，很顯然在節(jié)點處是不可微的，那么從單元1靠近節(jié)點2，可以稱為單元1的右極限，從單元2靠近節(jié)點2可以稱為單元2的左極限，那么問題來了，節(jié)點2的應力到底是通過誰的微分得到的結果呢？答案是從兩個極限分別微分得到兩個不同的結果，所以節(jié)點2有兩個應力值，類似地其他節(jié)點也是一樣的，當然這只是針對上圖來解釋的，如果是殼單元那么對于非邊緣的節(jié)點將有4個應力值，而且都不相等，邊緣節(jié)點將有2個不同應力值，兩個邊緣交點才只有1個應力值，這樣解釋是不是更容易理解一些呢。
下面通過一個實例進一步說明，梁一端固定，另一端施加力。
從應力結果云圖可以看出節(jié)點應力結果等值線是平滑的，單元應力結果的等值線是鋸齒狀的，說明單元應力是一種不連續(xù)的應力，上圖是下圖經過平均后的結果，大多數(shù)時候我們比較喜歡經過平均處理后的應力值，因為這種結果比較美觀，而且比較容易觀察應力值的行為，所以在ansys中我們常常用PLNSOL來顯示結果。單元結果是未平均處理的結果，為了進一步說明這種不連續(xù)應力將單元結果打印出來。
展開 Ansys Workbench使用非線性彈簧單元模擬配合間隙 ￥10
問題：
工程中兩個零部件之間經常會有配合間隙，Ansys Workbench中可以使用combin39號非線性單元，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，查看運動位移。
計算步驟：
1. 在間隙配合位置，建立jiont連接，放開X向平動自由度。
2. 在間隙配合位置，建立spring連接，同時插入Commands 命令。
ET,_sid,39,0,0,0,1
R,_sid,0.95,1,1.05,10000
3. 查看計算結果，當運動至0.95mm后spring彈簧剛度值陡增限制了X向運動。
建議：
? 同一個連接區(qū)域不建議使用兩個重復的連接關系，即jiont連接和spring連接不要使用同一個區(qū)域。
? 本文對配合區(qū)域進行分段處理，中間為spring連接，兩側為jiont連接
? 使用Remote Point點創(chuàng)建連接，需要打開Beta選項。
? 這種等效方式并不能良好的反應間隙配合位置的應力狀態(tài)，需要校核配合區(qū)域的應力狀態(tài)還是需要使用接觸連接。
展開 ANSYS中非線性彈簧單元39
考慮鋼筋和混凝土之間的粘結滑移時，通常在鋼筋和混凝土的相應結點之間設置聯(lián)結單元，為準確地反映混凝土構件的受力特性，可以采用ANSYS中三維非線性彈簧單元Combin39作為鋼筋與混凝土之間的粘結單元，以模擬鋼筋-混凝土的粘結滑移關系。Combin39單元是一個具有非線性功能的彈簧單元，可對此單元輸入廣義的力-變形曲線以定義它的非線性行為。該單元包含2個節(jié)點，可用于一維、二維或三維的分析中，如圖1所示。鋼筋和混凝土的接觸面之間的相對移動有法向、縱向切向和橫向切向三個方向，為全面考慮鋼筋混凝土連接面上的相互作用，在鋼筋和混凝土連接面上在每一對對應節(jié)點之間均分別建立三個非線性彈簧單元來模擬鋼筋與混凝土之間三個方向的相互作用。彈簧的模型如圖2所示。
展開 
基于ANSYS Workbench 2024R2的非線性彈簧combin39單元的模擬 ￥50
對于實際應用中承受非線性彈簧單元Combin39的實際應用。
在ANSYS Workbench里提供了兩種方法，一種是WB的雙向彈簧，輸入數(shù)據(jù)表格，其本質上采用是LINK8單元進行模擬，而不是非線性彈簧combin39。
而利用Combin39單元，需要建立彈簧單元后，插入命令流來實現(xiàn)，對于只承受壓縮載荷的力-位移曲線，輸入到最后，是需要稍等小的正位移和正力數(shù)值。
