ANSYS有限元分析中的單位問題

1、ANSYS有限元分析中的單位問題ansys中沒有單位的概念，只要統(tǒng)一就行了。所以，很多人在使用時，不知道該統(tǒng)一用什么單位，用錯單位造成分析結(jié)果嚴(yán)重失真！今綜合相關(guān)資料，整理如下：一、在ansys經(jīng)典中，的確沒有單位區(qū)別，關(guān)鍵要看你的模型以什么樣的單位去建，當(dāng)然，對應(yīng)的材料屬性（楊氏模量，密度等）也要以你所建模型的單位去對應(yīng)，著重需要注意的是在把模型由cad軟件導(dǎo)入ansys中時，注意單位的對應(yīng)就可以，當(dāng)然一般在cad模型中的單位是 mm制，那么導(dǎo)入ansys后也應(yīng)該采用mm 制，也就是 mpa 類型！二、打開ansys，運行/units,si，就把單位設(shè)置成國際制單位了！即長度： m ；力：n

2、 ；時間：s ;溫度: k ;壓強(qiáng)/壓力：Pa ；面積：m2 ；質(zhì)量：kg,確保了分析結(jié)果不失真，且易于讀懂結(jié)果數(shù)據(jù)。三、ANSYS中不存在單位制，所有的單位是自己統(tǒng)一的。一般先確定幾個物理量的單位 （做過振動臺試驗的朋友一定會知道），然后導(dǎo)岀其它的物理量的單位。靜力問題的基本物理量是：長度，力，質(zhì)量比如你長度用m,力用KN，而質(zhì)量用g那么應(yīng)力的單位就是 KN/m*m,而不是N/m*m。動力問題有些復(fù)雜，基本物理量是：長度，力，質(zhì)量，時間比如長度用mm,力用N,質(zhì)量用Kg，而時間用s以上單位就錯了，因為由牛頓定律：F=ma所以均按標(biāo)準(zhǔn)單位時：N=kg*m/（s*s）所以若長度為mm,質(zhì)量為Kg

3、，時間用s則有N*e-3=kg*mm/（s*s）所以，正確的基本單位組合應(yīng)該是：mN（毫牛，即 N*e-3 ） , mm, Kg, s所以，如果你要讓 ANSYS的單位為國際單位制，你在輸入物理量之前，先將所有的物理量轉(zhuǎn)換為國際單位制，如：原先你的圖紙上均為毫米，比如一個矩形截面尺寸是400mm*500mm ，那么，你在建模之前先轉(zhuǎn)化為0.4m*0.5m然后輸入的長度為0.4和0.5，ANSYS只知道你輸入的是 0.4和0.5，它不知道你的單位是什么。附上一句：ANSYS中有一個只能從命令行輸入的命令：/UNITS,它的作用僅僅是標(biāo)記作用，讓用戶有個地方做標(biāo)記，它沒有任何單位轉(zhuǎn)換的功能。不要被

4、他迷惑。英文原文如下：The units label and conversion factors on this command are for user convenience only and have no effect on the analysis or data. That is, /UNITS will not convert database items from one system to another (e.g., from British to SI, etc四、在ANSYS中沒有規(guī)定單位，它值進(jìn)行代數(shù)值的運算，需要用戶自己去定義自己的單位制，很多初學(xué) 者對于單位的問

5、題很不解。在使用的時候只需要記住一點就可以了：使用統(tǒng)一的單位制。由于處理實際問題時分析問題的需要或者個人習(xí)慣不同，不同人對不同物理量的單位有不同選擇。例如對于長度單位，機(jī)械設(shè)計人員喜歡使用mm，而工程設(shè)計人員經(jīng)常使用m。再如力的單位，國際單位為N，但是在很多地方使用kN作為力的單位。選用什么單位并無對錯之分，只需推算出其他物理量的對應(yīng)單位 即可。下面舉個例子進(jìn)行說明：一個實體模型質(zhì)量為1kg，長度為4X10-3m，彈性模量為2.1X1011Pa，時間為7s。這幾個量的單位都是 國際單位，但是物理量之間的數(shù)量級差別很大，容易引起計算收斂困難或計算誤差太大。將質(zhì)量和長度單位改變一下，變成非國際單位

6、制，質(zhì)量為1X10-3t，長度為4mm，時間為7s。這時候彈性模量為 2.1X106MPa 了，那么物理量之間的數(shù)量級差別就小了。但同時需注意的是，很多其他物理量的單位也不再是國際單位 制了，比如速度單位由m/s變?yōu)閙m/s。由上面的分析可知，可按下面的方法選用單位制：1、所有的單位都統(tǒng)一使用國際單位制，那么計算的所有結(jié)果也為國際單位制。2、 使用非國際單位制，需要先確定幾個基本物理量的單位，然后根據(jù)基本物理量推導(dǎo)岀其它物理量的單位?；疚锢砹考捌淞烤V：質(zhì)量m;長度L;時間t;溫度To導(dǎo)岀物理量及其量綱：速度：v=L/t;加速度：a=L/t2;面積：A=L2;體積：V=L3;密度：p =m/L

7、3;力：f=m -a=m- L/t2;力矩、能量、熱量、焓等：e=f L=m- L2/t2;壓力、應(yīng)力、彈性模量等：p=f/A=m/(t2 L);熱流量、功率：=e/t=m - L2/t3;導(dǎo)熱率：k="(L - T)=m- L/(t3 - T);比熱：c=e/(m -T)=L2/(t2 T);熱交換系數(shù)：Cv=e/(L2 - T t)=m/(t3 T)粘性系數(shù)：Kv=p - t=m/(t L);熵：S=e/T=m- l2/(t2 T);質(zhì)量熵、比熵：s=S/m=l2/(t2 T);量綱的選用原則選擇合適的量綱，需要注意以下原則：1、確定分析中使用的物理量的數(shù)量級大小，避免使用數(shù)量級

8、太大或太小的量綱。2、 同一問題中所有物理量的量綱要保持一致，否則計算結(jié)果中的某些物理量的量綱就不明確，容易導(dǎo)致錯誤的結(jié)果。3、 一般情況，為了分析方便，可先選定基本物理量的量綱，再由基本物理量的量綱推導(dǎo)其它物理量的量綱。當(dāng)然，也可以先確定部分導(dǎo)岀物理量的量綱，然后根據(jù)基本物理量與導(dǎo)岀物理量的關(guān)系，推導(dǎo)基本物理量的量綱。下面舉兩個常用的例子。1基本物理量采用如下單位制：質(zhì)量m-kg ;(應(yīng)該采用 Mg單位才統(tǒng)一，具體可以參考 MSC.MARC中的材料庫統(tǒng)一單位，推導(dǎo))長度L -nm ;時間-S;溫度-K(溫度K與C等價)。各導(dǎo)出物理量的單位可推導(dǎo)如下，同時還列出了與kg-m-S單位制或一些常用

9、單位的關(guān)系：速度：v=L/t=mm/S=10-3m/S;加速度：a=L/t2=mm/S2=10-3m/S2;面積：A=L2=mm2=10-6m2;體積：V=L3=mm3=10-9m3;密度：p=m/L3=kg/mm3=10-9kg/m3=10-6g/cm3;力：f=m - L/t2=kg mm/S2=10 -3kg -m/S2=mN(牛);力矩、能量、熱量、焓等：e=m- L2/t2=kg mm2/S2=10 -6kg -m2/S2=g J(焦耳);壓力、應(yīng)力、彈性模量等：p=m/(t2 L)=kg/(S2 mm)=103kg/(S2 m)=kPa(帕);熱流量、功率：ip =m- L2/t3

10、=kg - mm2/S3=1-6kg -m2/S3=g w(瓦);導(dǎo)熱率：k=m- L/(t3 T)=kg -mm/(S3- K)=10 -3kg m/(S3 -K);比熱：c=L2/(t2 T)=mm2/(S2 - K)=10 -6m2/(S2 - K);熱交換系數(shù)：Cv=m/(t3 - T)=kg/(S3 K);粘性系數(shù)：Kv=m/(t -L)=kg/(S mm)=103kg/(S - mm);熵：S=m L2/(t2 T)=kg -mm2/(S2 - K)=10-6kg - m2/(S2 - K);質(zhì)量熵、比熵：s=L2/(t2 T)=mm2/(S2 - K)=10-6m2/(S2 -

11、K);2基本物理量采用如下單位制：質(zhì)量m -g；長度 L -；jm(106m);時間-mS(10 -3S);溫度-K(K與C等價)。各導(dǎo)出物理量的單位可推導(dǎo)如下，同時還列出了與kg-m-S單位制或一些常用單位的關(guān)系:速度：v=L/t= ；jm/mS=10-3m/S;加速度：a=L/t2= ；jm/mS2=m/S2;面積：A=L2=i m2=10-12m2;體積：V=L3=i m3=10-18m3;密度：p =m/L3=g/ g m3=10-21kg/m3=10-12g/cm3;力：f=m - L/t2=g gn/mS2=10 -3kg - m/S2=mN(牛);力矩、能量、熱量、焓等：e=m-

12、 L2/t2=g gm2/mS2=10 -9kg -m2/S2=10 £J(焦耳);壓力、應(yīng)力、彈性模量等：p=m/(t2 L)=g/(mS2 - g)=109kg/(S2 - m)=109Pa(帕)=GPa;熱流量、功率：p=m - L2/t3=g - g m2/mS3=106kg -m2/S3=10 -6w(瓦);導(dǎo)熱率：k=m - L/(t3 T)=g - gm/(mS3 - K)=kg - m/(S3 - K);比熱：c=L2/(t2 T)= gm2/(mS2 - K)=10 -6m2/(S2 - K);熱交換系數(shù)：Cv=m/(t3 - T)=g/(mS3 - K)=103k

13、g/(S3 - K);粘性系數(shù)：Kv=m/(t -L)=g/(mS - gm)=106kg/(S - mm);熵：S=m L2/(t2 T)=g - gn2/(mS2 - K)=10-9kg - m2/(S2 - K);質(zhì)量熵、比熵：s=L2/(t2 T)= gm2/(mS2 - K)=10-6m2/(S2 - K);由此可見，掌握了單位之間變換的方法，就可以根據(jù)自己的需要來選擇合適的單位制。更多的例子見表1。表2給出了幾種單位制與 kg-m-S單位制之間的換算因子。表1不同單位制的物理量單位序號 參數(shù)名 單位量綱Kg-m-s單位制9 Kg-mm-s單位 制9 T-mm-s-Mpa單位 g-m

14、m-s長度L 質(zhì)量M 時間t 溫度T 面積A 體積V密度r能量、 熱量 功率、 量 壓力、 力、模導(dǎo)熱率LmMm(10 -3 m)Mm(10 -3 m)Mm(101MKgKgT(10 3 Kg)g(10 -3tssssTKKKKL 2m 2mm 2(10 -6 m 2)mm 2(10 -6 m 2)mm 2(1/L 3m 3mm 3(10 -9 m 3)mm 3(10 -9 m 3)mm 3(1M L / t2N 1 牛)吋 m/ S 皿 2(10 -3 T mm / s 2(N)g mis 2N)-6 N)M / L 3Kg / m 3(10 -3 gKg / mm3(10 6 g / cm

15、T / mm3(10 9 g /eng / mm/ cm 3)3)3)cm 3)焓、M L 2 /t J (焦耳)=N m=Kg mm 2 / S 2(10T mm2 / S 2(10-3 g mm2Kg m 2 / S 2-6 J)J)-9 J)熱流m L 2 /t w (瓦)=J / S=kg mm 2 / S 3(10T mm 2 / S 3(10'g mm3kg m 2 / S 3-6 w)-3 w)-9 w)應(yīng) M / (tPa = N / m 2= Kg Kg / (sT / (s 2 mm)(MPa)g / (s量 2 L)/ (s 2 m)2 mm)(kPa)(Pa)g

16、 miM L / (tJ / (m s K)Kg mm / (sT mm / (s3 K)k=(Kg m / (s3 K)(10 -3 Kg n3 K)(Kg m/(s丿3 K)3 K)/ (s 3 K)3 K)Kg m制比熱c體熱源換熱系數(shù)Cv粘性系數(shù)KvL 2 / (t2 K)M / (t2 L)M / (t3 K)M/ (L M L 2 /2 K)比熵s質(zhì)量L 2 / (t 熵參數(shù)名J / (Kg K) =(mmm2 / (s 2 K )(10 mm2 / (s 2 2 / (s 2 K)J / m 3 =(Kg / (s2 m)J / (m 2 s=(Kg / (s 3t) Kg /

17、(m(t J / K = (Kg2 / S 2J / (Kg 2 / S 2s)-6 m2 / (sKg / (s 23 Kg / (s 22 K )-6 m2 / (s 2-mm)(10T / (s 2 m m) ) Kg / (s 2K )(10 吧 K) 2 /(s K m)(106g /(s mm(m) ) (s 2-K)Kg / (s 3 K) (s 3 K)K)(Kg / T / (s 3Kg / (s 3Kg/(mm s)(10/(m s)3 KgT / (mm -s)/ (m-K)K )= -K)2 K)表2不同單位制的物理量與 Kg-m-sKg mm 2 / S m2 K(1

18、0 -6 Kg 2/ S 2(mmm2 / S 2m 2 / S 2單位制的換算因子K)T n2 2/ S 2-K)(10 3g / (s 3 K) -3 Kg /6 gg / (mr g / (m g mi2 K( % m2 K)s)(10mm 2 / S K(10 -3 Kg K)-K(10 -6 mm2 / S 2 K) m 2 / S 2【注-K(10 -6 mm2 / S K) -6 m2 /公制單位到K 單位kg-m-s單位轉(zhuǎn)換kg-m-s單位轉(zhuǎn)換到(Kg-m-s單位)制 gms 位到Kg-mm-s單位制T-mm-s-Mpa單位制kg-m-s 單位 g-mm-s 單位1234567

19、89101112131415161718序號1長度 LmKg-mm-s數(shù)Kg-m-s 數(shù)值 10 Kg-m-s 數(shù)值 10 3 Kg-m-s 數(shù)值芋彖slu6)y eoL MWSllb6y >9 芝 * OL 迴報 sluo)y9 芋彖sluo)y COLNEWSluby 7 s oc- >1 、oL IRi SLuby9 iio-o- -Ml io- -Mlico 芋彖sluo)y OLNKWSluby ) g >5 OL 迴報 sluo)y 芋彖sluo)y 6 0L®slu6y 7 s cc- >1 、OL 迴報 sluo)y 芋彖 sluo)y 9 OL MB slu6y >9 g米 >5* a OL 迴報 SEo)y 畔報 SEo)y 0-L 迴報 sllbp 0- L 迴報 SEo)y 畔報 SEo)y 0-L 迴報 sllbp 0- L 迴報 SEo)y 畔報 sllbp o' 0- 迴報 sllbp 0- L 迴報 sluo)y910L 迺 報sLULUbycol 迴報 sluo60L 6yHA 二CXI1 IAI,*溫°?0L 迴。 Br、s、tu 6yHN0slullb6y6OL 迴luJ報slullb6y90L 迴 報slullb6y 0迴 報slullb6y 0迴 報s