1、ANSYS單元類型詳解,1 單元分類 2 單元介紹 3 單元類型的選擇方法,1 單元分類,按形狀分類 1 點單元：MASS 2 線單元：LINK、BEAM、COMBIN 3 面單元：PLANE、SHELL 4 體單元：SOLID,按單元階次分類 1 線性單元：對于結(jié)構(gòu)分析問題，單元內(nèi)的位移數(shù)值按線性變化，因而每個單元內(nèi)的應(yīng)力狀態(tài)是保持不變的 2 二次單元：對于結(jié)構(gòu)分析問題，單元內(nèi)的位移數(shù)值按二次函數(shù)變化，因而每個單元內(nèi)的應(yīng)力狀態(tài)是線性變化的 3 P單元：對于結(jié)構(gòu)分析問題，單元內(nèi)的位移數(shù)值按二階到八階函數(shù)變化，而且具有求解收斂自動控制功能，自動確定各位置上應(yīng)采用的函數(shù)階數(shù),單元階次說明 單元階次

2、是指單元形函數(shù)的多項式階次。,單元階次直接影響到單元形函數(shù)的階次，一般說來，形函數(shù)階次越高，計算結(jié)果越精確；因而，同線性單元相比，采用高階的單元類型可以得到相對較好的計算結(jié)果。 線性單元、二次單元和P單元的使用，需注意以下問題： 單元階次的選擇需要在計算精度和計算規(guī)模間綜合衡量； 對于模型中，有曲邊或曲面存在時，通常推薦使用高階單元，因為線性單元的嚴(yán)重扭曲變形可能引起計算精度下降，更高階的單元對這種扭曲變形不敏感，此時使用高階單元以獲得較高的全面精度； 對于非線性問題，高階單元并不比線性單元更有效； 單元階次對求解的精度影響，相對平面單元和三維實體單元之間簡化的差別來說，影響要小得多，因而使用

3、線性單元的場合比較多。,2 單元介紹,1 點單元 其特點是幾何形狀為點狀，可用以下單元模擬： MASS單元：主要用于動力學(xué)分析質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)的模擬；,2 線單元 幾何形狀為線性的結(jié)構(gòu)，可用以下單元進(jìn)行模擬： 1、LINK單元：用于桁架、螺栓、螺桿等連接件的模擬； 2、Beam單元：用于梁、螺栓、螺桿、連接件等的模擬 3、Pipe單元：用于管道、管件等結(jié)構(gòu)的模擬； 4、Combin單元：用于彈簧，細(xì)長構(gòu)件等的模擬。,左邊是LINK單元在桁架上的應(yīng)用，右邊是BEAM單元在梁上的應(yīng)用,面單元 幾何形狀為面型的結(jié)構(gòu)，可用于以下單元模擬 1.SHELL單元：主要用于薄板或曲面結(jié)構(gòu)的模擬，殼單元分析應(yīng)用的基本

4、原則是每塊面板的主尺寸不低于其厚度的10倍,2. PLANE單元（平面單元）：用于總體直角坐標(biāo)系下X-Y平面內(nèi)結(jié)構(gòu)的平面應(yīng)力、平面應(yīng)變、軸對稱問題,應(yīng)用的一些注意事項 適用于Z方向上的幾何尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于X和Y方向上尺寸的情況（例如薄板）； 適用于Z方向上的幾何尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于X和Y方向上尺寸的情況（例如船閘）； 所有的載荷均作用在XY平面內(nèi)； 僅允許XY平面內(nèi)的運動；,體單元 幾何形狀為體型的結(jié)構(gòu)，可用以下單元模擬 1.SOLID單元：主要用于三維實體結(jié)構(gòu)的模擬,實體單元的選擇 實體單元類型比較多，實體單元也是實際工程中使用最多的單元類型。常用的實體單元類型有solid45, solid92,sol

5、id185,solid187這幾種，一般將其分為兩類。 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。,3 單元類型的選擇方法,單元類型選擇概述 1、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； 2、在選擇單元時，首先應(yīng)該遵循的原則是要能正確的計算模型，根據(jù)模型的幾何形狀選定單元的大類，如線狀結(jié)構(gòu)只能用“L

6、INK Beam Pipe和Combin”這類單元去模擬；面狀結(jié)構(gòu)則只能用“Plane、Shell”這類單元去模擬； 3、其次應(yīng)當(dāng)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，應(yīng)當(dāng)根據(jù)分析問題是彈性的還是塑性確定為“Beam3”或“Beam4”等 4、在選擇時，應(yīng)當(dāng)考慮到模型精度與模型計算量之間的取舍問題，例如高階與線性之間的選擇,4 一些常見問題,1.該選桿單元（Link）還是梁單元(Beam) 這個比較容易理解。桿單元只能承受沿著桿件方向的拉力或者壓力，桿單元不能承受彎矩，這是桿單元的基本特點。梁單元則既可以承受拉，壓，還可以承受彎矩。如果你的結(jié)構(gòu)中要承受彎矩，肯定不能選桿

7、單元。 對于梁單元，常用的有beam3,beam4,beam188這三種，他們的區(qū)別在于：1)beam3是2D的梁單元，只能解決2維的問題。 2)beam4是3D的梁單元，可以解決3維的空間梁問題。 3)beam188是3D梁單元，可以根據(jù)需要自定義梁的截面形狀。,2.對于薄壁結(jié)構(gòu)，是選實體單元還是殼單元？,對于薄壁結(jié)構(gòu)，最好是選用shell單元，shell單元可以減少計算量，如果選實體單元，薄壁結(jié)構(gòu)承受彎矩的時候，如果在厚度方向的單元層數(shù)太少，有時候計算結(jié)果誤差比較大，反而不如shell單元計算準(zhǔn)確。 實際工程中常用的shell單元有shell63,shell93。shell63是四節(jié)點的s

8、hell單元(可以退化為三角形)，shell93是帶中間節(jié)點的四邊形shell單元(可以退化為三角形),shell93單元由于帶有中間節(jié)點，計算精度比shell63更高，但是由于節(jié)點數(shù)目比shell63多，計算量會增大。對于一般的問題，選用shell63就足夠了。,3.實體單元的選擇 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。 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

9、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。,Solid45和Solid65的運用 Solid45 3-D實體。用于3維實體結(jié)構(gòu)模型。8個節(jié)點，每個節(jié)點3個自由度，x,y,z三個方向。該元素有塑性，徐變，膨脹，應(yīng)力強化，大變形和大應(yīng)變能力。 Solid65 3維鋼筋混凝土實體。該元素用含鋼筋或不含鋼筋的3維實體。該實體能被拉裂或壓碎。用于混凝土?xí)r，例如，元素的實體能力可以用來模擬混凝土，而鋼筋能力用來模擬鋼筋性能。在其他情況下，該元素還可用于加固合成物（如玻璃纖維）和地質(zhì)材料（如石塊）。元素由8個節(jié)點定義，每個節(jié)