單元生死技術(shù)
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時間：2026-01-04
單元生死技術(shù)的視頻教程
ANSYS APDL 單元生死在3D打印中的應用
本課程主要及講解ANSYS APDL單元生死在3D打印中的應用，涉及到的知識點包含熱構(gòu)耦合分析、單元類型選擇、非線性材料定義、參數(shù)化建模、單元生死技術(shù)、以及批量后處理等內(nèi)容，本課程每一步操作都有詳細講解，面向?qū)ο鬄槌鯇W者和有一定基礎(chǔ)的APDL使用者。
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查看焊接工藝仿真、熱力耦合、生死單元
利用生死單元循環(huán)算法技術(shù)控制單元“生死”的激活來模擬焊接過程，通過控制單元激活的時間間隔控制焊接速度，結(jié)合間接熱力耦合原理，對焊接過程進行熱力仿真。
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焊接+ANSYS APDL+生死單元+熱力耦合
利用生死單元循環(huán)算法技術(shù)控制單元“生死”的激活來模擬焊接過程，通過控制單元激活的時間間隔控制焊接速度，結(jié)合間接熱力耦合原理，對焊接過程進行熱力仿真。
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單元生死技術(shù)的實例教程
作者：李桂花 安世亞太結(jié)構(gòu)應用工程師
文章發(fā)布：上海安世亞太官方訂閱號（搜索：PeraShanghai）
聯(lián)系我們：021-58403100
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(jié)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(shù)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(wǎng)格
選擇插入method，選擇Body Fitted Cartesian，效果如圖。設(shè)置了愛心為剛體，所以沒有網(wǎng)格。
第三步：按照階梯層數(shù)，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(jù)每層單元復活的順序，設(shè)置載荷步數(shù)
例如本例建有12個依次復活的組件，至少需要設(shè)定12個載荷步。
展開 材料數(shù)據(jù)如下
為了闡述如何使用ANSYS的單元生死技術(shù)，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(shè)置所有單元的材料參考溫度是0度，給所有節(jié)點施加100度，并保持所有單元都存活，做1次仿真
（2）設(shè)置所有單元的材料參考溫度是0度，給所有節(jié)點施加100度，殺死中間單元，做1次仿真
（3）設(shè)置其它單元的材料參考溫度是0度，給所有節(jié)點施加100度，激活中間單元，并設(shè)置該單元的材料參考溫度是100度，做1次仿真
（4）設(shè)置其它單元的材料參考溫度是0度，給所有節(jié)點施加0度，保持中間單元存活，并設(shè)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(shù)
（2）當單元激活時，會根據(jù)節(jié)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(diào)整。
2.單元生死技術(shù)的使用，關(guān)鍵是首先要創(chuàng)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(chuàng)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(chuàng)建4個節(jié)點，然后創(chuàng)建3個單元。
6.固定兩個端節(jié)點，并給所有節(jié)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(shù)結(jié)合APDL命令，模擬轉(zhuǎn)軸最大扭力
示例：要求計算轉(zhuǎn)軸所能承受的最大扭轉(zhuǎn)力矩，轉(zhuǎn)軸抗拉強度1230MPa
模型如下： 中間最細位置R=3
Workbench計算時，左側(cè)固定。右側(cè)面施加圓轉(zhuǎn)位移。
效果展示
?
操作過程：
首先，初步計算轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)軸約945Mpa。
其次，利用APDL命令分載荷步逐步增大轉(zhuǎn)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(xù)加載直到循環(huán)結(jié)束。
1.創(chuàng)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(chuàng)建單元組——Name Selection
在每個載荷步的后處理中需要篩選單元結(jié)果，查看是否超過許用應力。為了縮小查詢范圍可以先根據(jù)經(jīng)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(jié)果查看時，僅在該組內(nèi)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(jù)實際工況條，結(jié)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*********************
!
展開 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(shù)廣泛的存在于ansys仿真分析中，是一項應用非常廣泛的技術(shù)。
單元的生死并不是ansys程序?qū)⑺?em>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(shù)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(tài)可以根據(jù)ansys的計算結(jié)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(huán)，則可觀察到裂紋的生長過程。
可以在大多數(shù)靜態(tài)和非線性瞬態(tài)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(jié)果。
現(xiàn)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 2、單元失效模擬的功能與目的
單元刪除功能本身是為了克服有限元本身的缺陷的一項方法，由于有限元本身就是基于連續(xù)介質(zhì)力學的，而在連續(xù)介質(zhì)理學中，所研究的物體需要是連續(xù)的，既物質(zhì)域在空間中連續(xù)。在這樣的理論假設(shè)框架下，單元本身是不會消失的。然而在實際情況下，由于損傷斷裂的存在，勢必會使得一些單元消失或者完全的失效，所以為了能夠模擬這種情況，DYNA提供了單元失效功能。
破壞、失效、斷裂，都是工程性的概念，它表示在達到某一準則后，結(jié)構(gòu)、構(gòu)件、或者構(gòu)件中的某一部分，從結(jié)構(gòu)中退出工作，不再影響整體結(jié)構(gòu)的受力。而從有限元概念上說，對上述機制的模擬，基本手段都是一樣的，就是當滿足某一指標（比如某個應變大小）后，將一個單元或者一個積分點的質(zhì)量、剛度和應力、應變都設(shè)為零（或者非常接近與零），這樣它在整體結(jié)構(gòu)計算中就不再發(fā)揮作用，進而實現(xiàn)了退出工作機制的模擬。所以，無論是把纖維模型中的某個纖維、或者分層殼模型中的某一層、或者實體模型中的某個積分點，或者結(jié)構(gòu)中的某個單元，讓其不再參與整體結(jié)構(gòu)計算，都可以達到模擬破壞退出工作的目的。而所謂單元生死技術(shù)，是上述基本概念在有限元程序中的一個“打包”應用。它除了讓單元不再參與計算外，一般還有一個重要的附加功能，就是對僅和“被殺死”單元相連的“孤島”節(jié)點，讓其自由度不再參與整體結(jié)構(gòu)計算，以減少計算困難。而后來有限元程序的前后處理又不斷改進，可以做到在后處理里面“看不到”已殺死的單元，這樣就顯得更加真實。但正因為這些包裝，使得很多人反而忘記了所謂單元生死技術(shù)的基本概念。.
所以，不要被單元生死嚇到，即便是有限元程序不提供“單元生死”功能，通過適當?shù)脑O(shè)計單元質(zhì)量、剛度和應力應變矩陣，也可以實現(xiàn)單元生死同樣的效果。至于構(gòu)件的部分或局部破壞（諸如鋼筋的斷裂），更是有多種實現(xiàn)方法，使用者可以靈活掌握。
展開 
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3?? 生死單元技術(shù)（Model Change）
想模擬真實的材料填充過程？必須掌握生死單元。文檔詳細演示了如何在Abaqus中設(shè)置 Model Change，以及如何通過 Python 腳本 自動創(chuàng)建大量的Set集和分析步，告別機械重復的體力活。
使用工具：Ansys Workbench, Ansys Mechanical
最終成果
基于Ansys 軟件，采用子模型與生死單元技術(shù)，對IGBT器件在功率循環(huán)工況下進行多物理場仿真，并通過相關(guān)理論評價關(guān)鍵結(jié)構(gòu)可靠性。結(jié)果表明，基于能量的Darveaux模型進行分析更加符合功率器件主端子結(jié)構(gòu)焊層的退化過程。
[圖片]
深夜的城市高架上，一輛自動駕駛測試車正以80公里時速巡航。突然，前方施工圍欄后竄出一輛逆行的電動車——車載系統(tǒng)在0.2秒內(nèi)完成障礙識別、路徑規(guī)劃、剎車指令下發(fā)，車輛穩(wěn)穩(wěn)停在了距離電動車1.5米處。這個教科書級的避讓動作背后，是超過8000萬行代碼的精密協(xié)作，而確保這些代碼絕對可靠的秘密武器，正是我們今天要揭秘的軟件單元測試。
?一、代碼世界的顯微鏡：單元測試為何重要?
如果把整車軟件比作一座摩天大樓
解決了“單元生死”技術(shù)引起的非物理質(zhì)量耗散和能量損失問題，滿足質(zhì)量守恒、能量守恒要求。兼顧了有限元的高精度與物質(zhì)點的高效率，自適應轉(zhuǎn)換過程不影響時間步長，避免了傳統(tǒng)算法中網(wǎng)格畸變導致的時間步長急劇減小；提供靈活的單元-物質(zhì)點自適應轉(zhuǎn)化條件，包括力學判據(jù)、幾何判據(jù)、單元形狀判據(jù)等，可任意組合。
[圖片]
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ansys Workbench 靜應力模塊，利用生死單元技術(shù)結(jié)合APDL命令，模擬轉(zhuǎn)軸最大扭力
示例：要求計算轉(zhuǎn)軸所能承受的最大扭轉(zhuǎn)力矩，轉(zhuǎn)軸抗拉強度1230MPa
模型如下： 中間最細位置R=3
Workbench計算時，左側(cè)固定。右側(cè)面施加圓轉(zhuǎn)位移。
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操作過程：
首先，初步計算轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)多少會接近許用最大值1000Mpa。確定初始載荷大小。
