單元類型處理的案例
Workbench如何查看單元類型和修改單元類型
Workbench如何查看單元類型和修改單元類型
Workbench這個平臺功能確實很強大，但是對有限元分析問題的思維卻丟了很多，與傳統(tǒng)的ANSYS經(jīng)典相比。似乎過分追求界面的易用性，就像是單反相機往傻瓜相機的方向發(fā)展似的。
學(xué)習(xí)有限元的時候，靠在比較前面的一步就是離散化，而離散化與單元類型關(guān)系緊密，workbench則直接省略了單元這一塊，根本讓人感覺不到單元的存在，如果不是有特殊要求的話。本次針對Workbench的單元作相關(guān)說明。
1.查看單元類型
Workbench有默認(rèn)的單元類型和材料類型，材料類型先不說，單元類型實體默認(rèn)的是Solid186（3D20N），劃分完之后在Model界面無法直接看到單元類型，需要在workbench的主界面進(jìn)行相關(guān)操作，如圖1所示，在Component Systems 下面的Finite Element Modeler，拖曳一個并與Model連接，之后進(jìn)入Finite Element Modeler。
圖1
圖2
進(jìn)入后可以看到一份單元和網(wǎng)格的詳細(xì)信息，包括單元數(shù)目節(jié)點數(shù)目單元類型等等，但是圖2中注意到，對應(yīng)與Mechanical APDL 的單元類型居然是Mesh200，而對應(yīng)于ABAQUS的單元類型是C3D20（三維20節(jié)點），根據(jù)ABAQUS的單元類型可以知道該單元確實是SOLID186，但是顯示的是Mesh200。
Mesh200是一個特殊單元類型，實際不參與任何計算，可以當(dāng)做沒有屬性的單元。由此可知，劃分完只會顯示Mesh單元，實際提交運算時才根據(jù)Solid186進(jìn)行計算。
2.修改單元類型
當(dāng)需要修改單元類型時，如果是將二次單元修改為依次單元，比如186單元修改為185單元，那么可以直接在Model界面修改。
展開 ANSYS不同單元類型連接專題（二）Solid-Beam單元的連接（類型二）
通過對比兩次計算的結(jié)果發(fā)現(xiàn)：
1）全部使用Solid單元進(jìn)行分析和使用Solid單元和Beam單元連接起來進(jìn)行分析，
計算結(jié)果幾乎完全一致；（整體應(yīng)力最大數(shù)值的大小和位置，使用solid單元計算存在應(yīng)力奇異，不進(jìn)行比較）。
2）使用Solid單元和Beam單元建模和全部使用solid單元進(jìn)行建模相比，節(jié)點數(shù)量大大減少，
顯著
降低了計算量。
三、連接原理。
詳見上篇文章
《ANSYS不同單元類型連接專題（一）Solid-Beam單元的連接》。
至此，本文完結(jié)。
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展開 ANSYS各類型單元連接專題講解(五)之3D梁單元與殼單元剛接
前面文章主要講解了2d梁單元與2d實體單元的剛接問題，今日主要講解3d梁單元與殼單元的剛接問題。前面文章有講，梁單元除ROtZ外與殼單元有5個自由度物理意義相同，因而，當(dāng)需要考慮梁單元與殼單元的剛接問題時，只需考慮該自由度與殼單元其他自由度的約束方程。具體處理方式可根據(jù)實際情況采用不同的處理方法。
3d梁單元與殼單元剛性連接按照位置關(guān)系的不同，可分為三類：
1）梁單元以一定角度與殼單元相交。
2）梁單元包含在殼單元內(nèi)。
3）梁單元在殼面但不包含的情況。
下面對這三類情況分別進(jìn)行闡述。
一、梁單元以一定角度與殼單元相交
該類情況示意圖如下：
此種方式可以通過梁單元自由度ROTZ與殼單元其他自由度之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，建立約束方程，命令流為CE。很多教材上面都有梁單元垂直穿過殼單元的經(jīng)典案例，例如一個典型的采用CE建立約束方程的命令流如下：
CE,1,0,142,ux,1,23,ux,-1,2,rotz,ny(142)-ny(58)
CE,2,0,92,uy,1,30,uy,-1,2,rotz,-(nx(92)-nx(30))
此種處理方式水哥個人不推薦，一則建立數(shù)學(xué)關(guān)系太煩，二則在一個工程中，如果此類情況較多，工作量實在太大，所以一般這類情況我們是通過建立剛性區(qū)域解決，這種方式會自動生成約束方程，雖不如之間建立約束方程合理，但能大大減少工作量。
關(guān)于剛性區(qū)域的討論，下期文章講解。
二、梁單元包含在殼面內(nèi)的情況
此種情況應(yīng)該是工程中最多的情況，典型情況便是我們經(jīng)常所見樓板與梁的連接。
展開 ANSYS單元類型選擇方法 附ansys結(jié)構(gòu)單元與材料應(yīng)用手冊下載
下面是有關(guān)ANSYS分析中的單元選擇方法：
一、單元類型選擇概述：
ANSYS的單元庫提供了100多種單元類型，單元類型選擇的工作就是將單元的選擇范圍縮小到少數(shù)幾個單元上；
單元類型選擇方法：
1.設(shè)定物理場過濾菜單，將單元全集縮小到該物理場涉及的單元；
二、單元類型選擇方法
2.根據(jù)模型的幾何形狀選定單元的大類，如線性結(jié)構(gòu)則只能用“Plane、Shell”這種單元去模擬；
3.根據(jù)模型結(jié)構(gòu)的空間維數(shù)細(xì)化單元的類別，如確定為“Beam”單元大類之后，在對話框的右欄中，有2D和3D的單元分類，則根據(jù)結(jié)構(gòu)的維數(shù)繼續(xù)縮小單元類型選擇的范圍；
三、單元類型選擇方法
4.確定單元的大類之后，又是也可以根據(jù)單元的階次來細(xì)分單元的小類，如確定為“Solid-Quad”，此時有四種單元類型：Quad 4node 42 Quad4node 183 Quad 8node 82 Quad 8node 183 前兩組即為低階單元，后兩組為高階單元；
四、單元類型選擇方法
5.根據(jù)單元的形狀細(xì)分單元的小類，如對三維實體，此時則可以根據(jù)單元形狀是“六面體”還是“四面體”，確定單元類型為“Brick”還是“Tet”；
五、單元類型選擇方法
6.根據(jù)分析問題的性質(zhì)選擇單元類型，如確定為2D的Beam單元后，此時有三種單元類型可供選擇，如下：2D elastic 3 2Dplastic 23 2D tapered 54，根據(jù)分析問題是彈性還是塑性確定為“Beam3”或“Beam4”，若是變截面的非對稱的問題則用“Beam54”。
展開 
ANSYS不同單元類型連接專題（一）Solid-Beam單元的連接
不同單元類型連接，對初學(xué)者來說一直是個困擾，筆者在學(xué)習(xí)ANSYS的時候，也遇到了這個問題。今天開始，筆者將對ANSYS不同單元類型連接開設(shè)一個專題，仔細(xì)和大家說說不同單元類型，到底該怎么連。
我們知道，相同自由度的單元（如Beam-Shell）進(jìn)行連接時，可以直接使用共節(jié)點連接；而不同自由度的單元連接時，需要建立約束方程。
注意：單元自由度的異同有兩個含義，即單元的自由度個數(shù)和自由度的物理意義。
為了給大家進(jìn)行軟件操作演示，筆者隨便瞎編亂造了一個結(jié)構(gòu)：橫截面為10mm×10mm，長度為200mm的方形梁，底端開了一個直徑為5mm的孔，模型如下。
我們知道，細(xì)長結(jié)構(gòu)，我們可以使用Beam單元進(jìn)行分析，可偏偏有好事者在一個完美的梁結(jié)構(gòu)上開了個孔，這樣直接導(dǎo)致我們無法對其整體使用Beam單元了，那這樣的結(jié)構(gòu)我們該如何處理呢？提供以下兩種方法：
方法一：對整個結(jié)構(gòu)使用Solid單元進(jìn)行分析；
方法二：孔附近使用Solid單元，其余位置使用Beam單元。這樣就引入了不同單元類型連接的問題。
為了比較不同單元類型連接后的精度，筆者建立了兩個靜力學(xué)項目：一個是全部使用Solid單元進(jìn)行分析的模型
solid；另一個是使用Solid單元和Beam單元連接起來分析的
solid_beam。
打開workbench，建立兩個靜力學(xué)項目，分別命名為“solid”和“solid-shell”，并導(dǎo)入建立的幾何模型。
一、solid-beam計算。
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(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，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(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，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(jié)構(gòu)的時候比較多，其特點是桿件兩端不考慮承受彎矩作用，節(jié)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(jié)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(jié)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(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(jié)構(gòu)。
下面為建模過程
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展開 abaqus單元類型
1.單元表征 單元族：單元名字里開始的字母標(biāo)志著這種單元屬于哪一個單元族。 殼單元（S）； 實體單元（C）； 梁單元（B）； 桁架單元（T）； 剛體單元（R）。 2.殼單元(S) 殼單元：可以模擬有一維尺寸（厚度）遠(yuǎn)小于另外兩維尺寸，且垂直于厚度方向的應(yīng)力可以忽略的結(jié)構(gòu)。 一般殼單元：S4R,S3R,SAX1,SAX2,SAX2T。對于薄殼和厚殼問題的應(yīng)用均有效，且考慮了有限薄膜應(yīng)變； 薄殼單元：STRI3,STRI35,STRI65,S4R5,S8R5,S9R5,SAXA。強化了基爾霍夫條件，即：垂直于殼中截面的平面保持垂直于中截面； 厚殼單元：S8R,S8RT。二階四邊形單元，在小應(yīng)變和載荷使計算結(jié)果沿殼的跨度方向上平緩變化的情況下，比普通單元產(chǎn)生的結(jié)果更精確； 對于給定的應(yīng)用，判斷是屬于薄殼還是厚殼問題，一般：如果單一材料制造的各向同性殼體的厚度和跨度之比在1/20－1/10之間，認(rèn)為是厚殼問題；如果比值小于1/30，則認(rèn)為是薄殼問題；若介于1/30－1/20之間，則不能明確劃分。由于橫向剪切柔度在復(fù)合材料層合殼結(jié)構(gòu)中作用顯著，故比值（厚跨比）將遠(yuǎn)小于“薄”殼理論中采用的比值。具有高柔韌中間層的復(fù)合材料（“三明治”復(fù)合材料）有很低的橫向剪切剛度并且?guī)缀蹩偸潜挥脕砟M“厚”殼； 橫向剪切力和剪切應(yīng)變存在于普通殼單元和厚殼單元中。對于三維單元，提供了可估計的橫向剪切應(yīng)力。計算這些應(yīng)力時忽略了彎曲和扭轉(zhuǎn)變形的耦合作用，并假定材料性質(zhì)和彎曲力矩的空間梯度很小； 殼單元可以使用每個單元的局部材料方向，各項異型材料的數(shù)據(jù)，如纖維增強復(fù)合材料，以及單元輸出變量，如應(yīng)力和應(yīng)變，都按局部材料方向而定義。
展開 ANSYS 中查詢單元類型
在 ANSYS 中查詢單元類型有多種方法，下面將針對經(jīng)典 APDL 界面和 Workbench 界面分別展開介紹。
經(jīng)典 APDL 界面
1. 使用命令查詢
在 APDL 的命令輸入窗口輸入特定命令即可查詢單元類型。
查詢所有單元信息：使用ELIST命令能列出所有單元的詳細(xì)信息，其中包含單元類型。輸入命令后按回車鍵，程序會在輸出窗口顯示單元的編號、節(jié)點編號以及單元類型等信息。
ANSYS各類型單元連接專題講解（四）之2D梁與2D實體單元剛接
前面文章主要講解了梁單元與其他類型單元鉸接的情況，從本篇文章開始，將主要講解梁單元與各類單元剛接的情況，而這也是我們?nèi)粘９こ讨斜容^常見的一種連接方式。
首先從2D平面單元單元開始說起。
盡管現(xiàn)在的ANSYS版本已經(jīng)摒棄了很古老的2D梁單元，改用Beam18x系列單元代替，但為究其連接方法，這類方面仍具有一定的講解價值，例如我們計算一榀框架的時候多數(shù)時候是采用2D平面單元的。
2D梁單元包括：beam3、beam23、beam54
2D實體單元：plane單元
一般來講，2D梁單元與2D實體單元剛接一般分為三種方法：
1）約束方程法；2）偽梁法；3）MPC法。
三種方法的連接原理無非是建立自由度之間的關(guān)系方程，但值得注意的是由于采用了局部區(qū)域的節(jié)點，因而在建立關(guān)系的局部區(qū)域內(nèi)可能會有應(yīng)力集中的情況，后處理當(dāng)中應(yīng)格外注意。
約束方程法后續(xù)講解3D梁單元連接時會詳細(xì)說明，此處簡單說下偽梁法與MPC法。
其實偽梁法與MPC法原理基本一樣，構(gòu)造一個虛擬梁單元，使虛擬梁單元與外部梁單元剛接，虛擬梁單元與內(nèi)部實體單元強制剛接，從而間接實現(xiàn)外部梁單元與實體單元的剛接效果。
使用偽梁法需注意的是，在建立虛擬梁單元時，虛擬梁單元應(yīng)至少與實體單元的兩個節(jié)點相連，剛度可取為無窮大或者實際梁單元的10^5倍。
下面以一個小案例來演示。
如上圖所示，兩塊小鋼板中間靠一小鋼梁連接，小鋼梁上有均布荷載，尺寸如上所示，均以mm計，中間鋼梁所受均布荷載為10KN/m,采用ANSYS模擬該情況。
展開 ANSYS單元類型
常用的實體單元類型有solid45, solid92,solid185,solid187這幾種。
其中把solid45,solid185可以歸為第一類，他們都是六面體單元，都可以退化為四面體和棱柱體，單元的主要功能基本相同,(SOLID185還可以用于不可壓縮超彈性材料)。Solid92, solid187可以歸為第二類，他們都是帶中間節(jié)點的四面體單元，單元的主要功能基本相同。實際選用單元類型的時候，到底是選擇第一類還是選擇第二類呢？也就是到底是選用六面體還是帶中間節(jié)點的四面體呢？
如果所分析的結(jié)構(gòu)比較簡單，可以很方便的全部劃分為六面體單元，或者絕大部分是六面體，只含有少量四面體和棱柱體，此時，應(yīng)該選用第一類單元，也就是選用六面體單元；如果所分析的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，難以劃分出六面體，應(yīng)該選用第二類單元，也就是帶中間節(jié)點的四面體單元。
新手最容易犯的一個錯誤就是選用了第一類單元類型(六面體單元)，但是，在劃分網(wǎng)格的時候，由于結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，六面體劃分不出來，單元全部被劃分成了四面體，也就是退化的六面體單元，這種情況，計算出來的結(jié)果的精度是非常糟糕的，有時候即使你把單元劃分的很細(xì)，計算精度也很差，這種情況是絕對要避免的。
六面體單元和帶中間節(jié)點的四面體單元的計算精度都是很高的，他們的區(qū)別在于：一個六面體單元只有8個節(jié)點，計算規(guī)模小，但是復(fù)雜的結(jié)構(gòu)很難劃分出好的六面體單元，帶中間節(jié)點的四面體單元恰好相反，不管結(jié)構(gòu)多么復(fù)雜，總能輕易地劃分出四面體，但是，由于每個單元有10個節(jié)點，總節(jié)點數(shù)比較多，計算量會增大很多。
前面把常用的實體單元類型歸為2類了，對于同一類型中的單元，應(yīng)該選哪一種呢？通常情況下，同一個類型中，各種不同的單元，計算精度幾乎沒有什么明顯的差別。選取的基本原則是優(yōu)先選用編號高的單元。比如第一類中，應(yīng)該優(yōu)先選用solid185。第二類里面應(yīng)該優(yōu)先選用solid187。
展開 Hypermesh基礎(chǔ)操作11（單元類型的查看與修改方法）
本次分享主要內(nèi)容：介紹如何查看單元類型及單元類型的修改。
有思考過在有限元仿真世界里為什么存在那么多種類的單元嗎？單元的最基本意義是什么呢？……單元之于有限元仿真是最基礎(chǔ)的存在，沒有單元的存在便也無法實現(xiàn)有限元仿真，就像細(xì)胞之于生物一樣。
用對單元類型才能幫助我們更準(zhǔn)確的進(jìn)行仿真計算，尤其是在HM中，它是前處理軟件，在打開軟件時總會有一個界面讓我們選擇對應(yīng)的求解器，每個求解器都有自己的單元庫，因此用對單元是計算不出錯的最基本操作。對于一個新晉仿真工程師而言，從一個求解器轉(zhuǎn)換至其他求解器后時常會出現(xiàn)這樣的問題。如：結(jié)構(gòu)仿真組的模型需要給到安全被動仿真組后的仿真模型轉(zhuǎn)換。
單元類型的查看
在工具欄中有個ABC圖標(biāo)激活后可以在操作界面中顯示rigid單元、0D和1D單元的類型名稱。
查看2D、3D單元則需要在elem types工具里進(jìn)行操作。選擇要查看的單元，然后點擊review即可看到單元此時的類型名稱。
單元類型的修改
修改單元類型也可以在elem types中進(jìn)行操作，config edit同樣也能實現(xiàn)修改單元類型，默認(rèn)快捷鍵圖標(biāo)。不論是在1D、2D還是3D面板中右下角都有這兩個工具。
elem types
工具下修改單元類型：點擊對應(yīng)的單元初始類型，然后會彈出功能選項浮窗，這里面就可以選擇其他單元類型進(jìn)行修改，再點擊update即可修改單元類型。如圖中將CQUAD4轉(zhuǎn)換為CQUADR。1D和3D單元也是類似操作。
展開 
整流類型及制動單元
6 SINAMICS制動單元
制動單元由一個制動模塊（制動斬波器）和一個外部制動電阻器組成，對于由一個不能回饋運行（G130和G150變頻器和帶基本整流的S120變頻器），但存在回饋工況（例如當(dāng)變頻器處于制動狀態(tài)時偶爾產(chǎn)生回饋能量）的系統(tǒng)來說制動單元是必需的。
制動模塊和配套的外部制動電阻器也可以用于能夠回饋運行的四象限整流進(jìn)線系統(tǒng)（S150變頻器或帶有回饋整流/有源整流的S120變頻器），用于在電源故障時需要驅(qū)動器停止的應(yīng)用（如1 類急停）。
制動模塊包括功率器件及相應(yīng)的控制單元。在運行中由位于控制柜之外的外部制動電阻將直流母線的能量轉(zhuǎn)換為熱損耗。制動模塊與直流母線連接，并作為直流母線電壓值的函數(shù)完全自動運行。它不以任何方式與整流或逆變器的閉環(huán)控制相互作用。
制動單元由一個制動模塊和一個制動電阻器組成
SINAMICS在其功率范圍內(nèi)提供多種制動模塊:
· 內(nèi)置制動模塊(響應(yīng)時間1 - 2ms)
· 中央制動模塊(響應(yīng)時間1 - 2ms)
· 電機模塊作為三相制動模塊運行(響應(yīng)時間4 - 5ms)
內(nèi)置制動模塊是為安裝在SINAMICS風(fēng)冷功率單元而設(shè)計的，可提供25kW和50kW的連續(xù)制動功率。它們可以安裝在SINAMICS G130、G150和S150變頻器的電源模塊中，也可以安裝在SINAMICS S120模塊系統(tǒng)的風(fēng)冷進(jìn)線模塊和電機模塊中。
為了提高制動功率，可以在公共直流母線上運行多個內(nèi)置制動模塊。為了使功率分布均勻，每個直流母線的最大制動模塊數(shù)量應(yīng)該限制在4到6個之間。
中央制動模塊是SINAMICS S120機柜模塊系列中的獨立機柜組件。它們的連續(xù)制動功率額定值為200kW至460kW。
展開 ansys單元類型簡介
可將其用于平面單元（平面應(yīng)力或平面應(yīng)變）或是軸對稱單元。具有塑性，徐變，膨脹，應(yīng)力強化，大變形，大應(yīng)變能力。
Plane25 軸對稱協(xié)調(diào)4節(jié)點結(jié)構(gòu)體。用于承受非軸對稱荷載的2維軸對稱結(jié)構(gòu)。如彎曲，剪切或扭轉(zhuǎn)。該元素由4個節(jié)點定義，每個節(jié)點3個自由度：x,y,z方向。對于非扭轉(zhuǎn)節(jié)點，這3個方向分別代表半徑，軸向和切線方向。給元素是plane42的一般模式，2為結(jié)構(gòu)單元，和在不一定為軸對稱。
Plane42 2維實體。該元素即可用于平面單元（平面應(yīng)力或平面應(yīng)變）也可用于軸對稱單元。該元素由4個節(jié)點定義，每個節(jié)點2個自由度：x,y方向。具有塑性，徐變，膨脹，應(yīng)力強化，大變形，大應(yīng)變能力。
Plane82 二維8節(jié)點實體。該元素是plane42的高次形式。它為混合（四邊形－三角形）自動網(wǎng)格劃分提供了更精確的求解結(jié)果，并能承受不規(guī)則形狀而不會產(chǎn)生任何精度上的損失。8節(jié)點元素具有位移協(xié)調(diào)形狀，適用于模擬彎曲邊界。該元素由8個節(jié)點定義，每個節(jié)點2個自由度，x,y方向。可用于平面單元也可用于軸對稱單元。具有塑性，徐變，膨脹，應(yīng)力強化，大變形，大應(yīng)變能力。并提供不同的輸出選項。
Plane83 二維8節(jié)點實體。用于承受非軸對稱荷載的2維軸對稱結(jié)構(gòu)。如彎曲，剪切或扭轉(zhuǎn)。該元素每個節(jié)點3個自由度：x,y,z方向。對于非扭轉(zhuǎn)節(jié)點，這3個方向分別代表半徑，軸向和切線方向。該元素是plane25的高次形式。它為混合（四邊形－三角形）自動網(wǎng)格劃分提供了更精確的求解結(jié)果，并能承受不規(guī)則形狀而不會產(chǎn)生任何精度上的損失。該元素也是plane82的一般軸向形式，其荷載不需要對陳。
Plane145 二維四邊形實體p-元素。Plane145是一個四邊形p-元素，支持最高為8次的多項式。該元素由8個節(jié)點定義，每個節(jié)點2個自由度，x,y方向。可用于平面單元也可用于軸對稱單元。
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workbench修改單元類型
請問一下：如何在workbench里修改單元類型？比如改為梁單元、桿單元之類的。還有，commands APDL怎么用啊？
