单元类型本科生讲解.pptx

长沙理工大学长沙理工大学Changsha University of Science Changsha University of Science&Technology&Technology 水利工程学院水利工程学院School of Hydraulic EngineeringSchool of Hydraulic Engineering1 单元分类单元分类l按形状分类按形状分类l1点单元：MASSl2线单元：LINK、BEAM、COMBINl3面单元：PLANE、SHELLl4体单元：SOLID长沙理工大学长沙理工大学Changsha University of Science Changsha University of Science&Technology&Technology 水利工程学院水利工程学院School of Hydraulic EngineeringSchool of Hydraulic Engineeringl按单元阶次分类按单元阶次分类l1 线性单元：线性单元：对于结构分析问题，单元内的位移数值按线性变化，因而每个单元内的应力状态是保持不变的l2 二次单元：二次单元：对于结构分析问题，单元内的位移数值按二次函数变化，因而每个单元内的应力状态是线性变化的l3 P单元：单元：对于结构分析问题，单元内的位移数值按二阶到八阶函数变化，而且具有求解收敛自动控制功能，自动确定各位置上应采用的函数阶数长沙理工大学长沙理工大学Changsha University of Science Changsha University of Science&Technology&Technology 水利工程学院水利工程学院School of Hydraulic EngineeringSchool of Hydraulic Engineeringl单元阶次说明单元阶次说明l单元阶次是指单元形函数的多项式阶次。长沙理工大学长沙理工大学Changsha University of Science Changsha University of Science&Technology&Technology 水利工程学院水利工程学院School of Hydraulic EngineeringSchool of Hydraulic Engineeringl单元阶次直接影响到单元形函数的阶次，一般说来，形函数阶次越高，计算结果越精确；因而，同线性单元相比，采用高阶的单元类型可以得到相对较好的计算结果。l线性单元、二次单元和线性单元、二次单元和P单元的使用，需注意以下问题单元的使用，需注意以下问题：l单元阶次的选择需要在计算精度和计算规模间计算精度和计算规模间综合衡量；l对于模型中，有曲边或曲面存在曲边或曲面存在时，通常推荐使用高阶单元，因为线性单元的严重扭曲变形可能引起计算精度下降，更高阶的单元对这种扭曲变形不敏感，此时使用高阶单元以获得较高的全面精度；l对于非线性问题，高阶单元并不比线性单元更有效；对于非线性问题，高阶单元并不比线性单元更有效；l单元阶次对求解的精度影响，相对平面单元和三维实体单元之间简化的差别来说，影响要小得多，因而使用线性单元的场合比较多线性单元的场合比较多。长沙理工大学长沙理工大学Changsha University of Science Changsha University of Science&Technology&Technology 水利工程学院水利工程学院School of Hydraulic EngineeringSchool of Hydraulic Engineering2 单元介绍单元介绍1 点单元点单元l其特点是几何形状为点状，可用以下单元模拟：lMASS单元：主要用于动力学分析质量块结构的模拟；长沙理工大学长沙理工大学Changsha University of Science Changsha University of Science&Technology&Technology 水利工程学院水利工程学院School of Hydraulic EngineeringSchool of Hydraulic Engineering 2 线单元线单元几何形状为线性的结构线性的结构，可用以下单元进行模拟：1、LINK单元：用于桁架、螺栓、螺杆等连接件的模拟；2、Beam单元：用于梁、螺栓、螺杆、连接件等的模拟3、Pipe单元：用于管道、管件等结构的模拟；4、Combin单元：用于弹簧，细长构件等的模拟。长沙理工大学长沙理工大学Changsha University of Science Changsha University of Science&Technology&Technology 水利工程学院水利工程学院School of Hydraulic EngineeringSchool of Hydraulic Engineeringl左边是LINK单元在桁架上的应用，右边是BEAM单元在梁上的应用长沙理工大学长沙理工大学Changsha University of Science Changsha University of Science&Technology&Technology 水利工程学院水利工程学院School of Hydraulic EngineeringSchool of Hydraulic Engineeringl面单元面单元l几何形状为面型的结构，面型的结构，可用于以下单元模拟l1.SHELL单元单元：主要用于薄板或曲面结构的模拟，壳单元分析应用的基本原则是每块面板的主尺寸不低于其厚度的10倍长沙理工大学长沙理工大学Changsha University of Science Changsha University of Science&Technology&Technology 水利工程学院水利工程学院School of Hydraulic EngineeringSchool of Hydraulic Engineeringl2.PLANE单元（平面单元）单元（平面单元）：用于总体直角坐标系下X-Y平面内结构的平面应力、平面应变、轴对称问题长沙理工大学长沙理工大学Changsha University of Science Changsha University of Science&Technology&Technology 水利工程学院水利工程学院School of Hydraulic EngineeringSchool of Hydraulic Engineeringl应用的一些注意事项应用的一些注意事项l适用于Z方向上的几何尺寸远远小于X和Y方向上尺寸的情况（例如薄板）；l适用于Z方向上的几何尺寸远远大于X和Y方向上尺寸的情况（例如船闸）；l所有的载荷均作用在XY平面内；l仅允许XY平面内的运动；长沙理工大学长沙理工大学Changsha University of Science Changsha University of Science&Technology&Technology 水利工程学院水利工程学院School of Hydraulic EngineeringSchool of Hydraulic Engineeringl体单元体单元l几何形状为体型的结构体型的结构，可用以下单元模拟l1.SOLID单元：单元：主要用于三维实体实体结构的模拟长沙理工大学长沙理工大学Changsha University of Science Changsha University of Science&Technology&Technology 水利工程学院水利工程学院School of Hydraulic EngineeringSchool of Hydraulic Engineeringl实体单元的选择实体单元的选择实体单元类型比较多，实体单元也是实际工程中使用最多的单元类型。常用的实体单元类型有solid45,solid92,solid185,solid187这几种，一般将其分为两类。lsolid45,solid185可以归为第一类，他们都是六面体单元六面体单元，都可以退化为四面体和棱柱体，单元的主要功能基本相同,(SOLID185还可以用于不可压缩超弹性材料)。lSolid92,solid187可以归为第二类，他们都是带中间节点中间节点的四面体单四面体单元元，单元的主要功能基本相同。长沙理工大学长沙理工大学Changsha University of Science Changsha University of Science&Technology&Technology 水利工程学院水利工程学院School of Hydraulic EngineeringSchool of Hydraulic Engineering3 单元类型的选择方法单元类型的选择方法 l单元类型选择概述单元类型选择概述1、ANSYS的单元库提供了100多种单元类型，单元类型选择的工作就是将单元的选择范围缩小到少数几个单元少数几个单元上；2、在选择单元时，首先应该遵循的原则是要能正确的计算模型，根据模型的几何形状几何形状选定单元的大类，如线状结构只能用“LINKBeamPipe和Combin”这类单元去模拟；面状结构则只能用“Plane、Shell”这类单元去模拟；3、其次应当根据分析问题的性质分析问题的性质选择单元类型，如确定为2D的Beam单元后，应当根据分析问题是弹性的还是塑性确定为“Beam3”或“Beam4”等4、在选择时，应当考虑到模型精度模型精度与模型计算量模型计算量之间的取舍问题，例如高阶与线性之间的选择长沙理工大学长沙理工大学Changsha University of Science Changsha University of Science&Technology&Technology 水利工程学院水利工程学院School of Hydraulic EngineeringSchool of Hydraulic Engineering4 一些常见问题一些常见问题l1.该选杆单元（该选杆单元（Link）还是梁单元）还是梁单元(Beam)这个比较容易理解。杆单元只能承受沿着杆件方向的拉力或者压力，杆单元不能承受弯矩杆单元不能承受弯矩，这是杆单元的基本特点。梁单元则既可以承受拉，压，还可以承受弯矩。如果你的结构中要承受弯矩，肯定不能选杆单元。l对于梁单元，常用的有beam3,beam4,beam188这三种，他们的区别在于：1)beam3是2D的梁单元，只能解决2维的问题。l2)beam4是3D的梁单元，可以解决3维的空间梁问题。l3)beam188是3D梁单元，可以根据需要自定义梁的截面形状。长沙理工大学长沙理工大学Changsha University of Science Changsha University of Science&Technology&Technology 水利工程学院水利工程学院School of Hydraulic EngineeringSchool of Hydraulic Engineeringl2.对于薄壁结构，是选实体单元还是壳单元对于薄壁结构，是选实体单元还是壳单元？对于薄壁结构，最好是选用shell单元，shell单元可以减少计算量，如果选实体单元，薄壁结构承受弯矩的时候，如果在厚度方向的单元层数太少，有时候计算结果误差比较大，反而不如shell单元计算准确。实际工程中常用的shell单元有shell63,shell93。shell63是四节点的shell单元(可以退化为三角形)，shell93是带中间节点的四边形shell单元(可以退化为三角形),shell93单元由于带有中间节点，计算精度比shell63更高，但是由于节点数目比shell63多，计算量会增大。对于一般的问题，选用shell63就足够了。长沙理工大学长沙理工大学Changsha University of Science Changsha University of Science&Technology&Technology 水利工程学院水利工程学院School of Hydraulic EngineeringSchool of Hydraulic Engineering3.实体单元的选择实体单元的选择如果所分析的结构比较简单，可以很方便的全部划分为六面体单元六面体单元，或者绝大部分是六面体，只含有少量四面体和棱柱体，此时，应该选用第一类单元，也就是选用六面体单元；如果所分析的结构比较复杂，难以划分出六面体，应该选用第二类单元，也就是带中间节点的四面体单元。六面体单元和带中间节点的四面体单元的计算精度都是很高的，他们的区别在于：一个六面体单元只有8个节点，计算规模小，但是复杂的结构很难划分出好的六面体单元，带中间节点的四面体单元恰好相反，不管结构多么复杂，总能轻易地划分出四面体，但是，由于每个单元有10个节点，总节点数比较多，计算量会增大很多。长沙理工大学长沙理工大学Changsha University of Science Changsha University of Science&Technology&Technology 水利工程学院水利工程学院School of Hydraulic EngineeringSchool of Hydraulic EngineeringlSolid45和和Solid65的运用的运用Solid453-D实体。用于3维实体结构模型。8个节点，每个节点3个自由度，x,y,z三个方向。该元素有塑性，徐变，膨胀，应力强化，大变塑性，徐变，膨胀，应力强化，大变形和大应变能力形和大应变能力。Solid653维钢筋混凝土实体。该元素用含钢筋或不含钢筋的3维实体。该实体能被拉裂或压碎。用于混凝土时，例如，元素的实体能力可以用来模拟混凝土，而钢筋能力用来模拟钢筋性能。在其他情况下，该元素还可用于加固合成物（如玻璃纤维）和地质材料（如石块）。元素由8个节点定义，每个节点3个自由度：x,y,z方向。可以定义3个不同钢筋。混凝土元素与solid45相似，只是比它多了能被拉裂被拉裂和压碎压碎的能力。该元素最重要的方面是它具有非线性材料非线性材料的性能。混凝土可以（在三个正交方向）开裂、压碎、塑性变形和徐变开裂、压碎、塑性变形和徐变。钢筋可以抗拉压，但不能抗剪。也可以具有塑性变形和徐变的性能塑性变形和徐变的性能。谢谢！谢谢！