ANSYS基礎(chǔ)培訓(xùn)ppt課件

1、CFD Analysis with ANSYS/FLOTRANCFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN初級培訓(xùn)ANSYS/STRUCTURAL根底根底安世亞太西安辦事處安世亞太西安辦事處2022-2-10CFD Analysis with ANSYS/FLOTRANCFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN培訓(xùn)手冊有限元法基礎(chǔ)有限元法基礎(chǔ) 有限單元法在50年代起源于航空工程飛機(jī)結(jié)構(gòu)的矩陣分析，結(jié)構(gòu)矩陣分析認(rèn)為，一個結(jié)構(gòu)可以看作是由有限個力學(xué)小單元相互連接而成的集合體，表征單元力學(xué)特性的剛度矩陣可比喻作建筑中的磚瓦。裝配在一起就能提供整個結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性。

2、 應(yīng)用有限元法求解連續(xù)體時，把求解區(qū)域分為有限個單元，并在每個單元上指定有限個節(jié)點。一般可以認(rèn)為相鄰單元在節(jié)點連接成一組單元的集合體，用以模擬或逼近求解區(qū)域進(jìn)行分析，同時選定場函數(shù)的節(jié)點值。例如取節(jié)點位移作為基本未知量。假設(shè)一個插值函數(shù)近似地表示位移分布規(guī)律。再利用變分原理或其它方法建立單元節(jié)點力和位移之間的力學(xué)特性關(guān)系。得到一組以節(jié)點位移為未知量的代數(shù)方程組。從而求解節(jié)點位移分量。CFD Analysis with ANSYS/FLOTRANCFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN培訓(xùn)手冊下面以小變形彈性靜力問題為例，加以詳細(xì)介紹。下面以小變形彈性靜力問題為例，加以詳細(xì)

3、介紹。幾何方程：幾何方程：eij=1/2(ui,j+uj,i)物理方程：物理方程：sij=aijklekl平衡方程：平衡方程：sij,j+fi=0邊界條件：邊界條件： 位移已知邊界條件位移已知邊界條件 ui=ui （在邊界（在邊界u上位移已知）上位移已知） 外力已知邊界條件外力已知邊界條件 sij,j+pi=0在邊界在邊界p上外力已知）上外力已知）簡例續(xù)）簡例續(xù)）CFD Analysis with ANSYS/FLOTRANCFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN培訓(xùn)手冊簡例續(xù)）簡例續(xù)） 上標(biāo)表示單元號碼，下標(biāo)表示節(jié)點號碼。因鉸接不存在力矩，每節(jié)點力和位移各有兩個分量，共

4、四個自由度，用四個方程來描述力位移關(guān)系： F1x1=K11U11+K12V11+K13U21+K14V21 F1y1=K21U11+K22V11+K23U21+K24V21 （1-1） F1x2=K31U11+K32V11+K33U21+K34V21 F1y2=K41U11+K42V11+K43U21+K44V21CFD Analysis with ANSYS/FLOTRANCFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN培訓(xùn)手冊簡例續(xù)）簡例續(xù)）即 F 1=K 11在1-1中令U11=1，V11=U21=V21=0則F1x1=K11 ，F(xiàn)1y1=K21 ，F(xiàn)1x2=K31 ，F(xiàn)1

5、y2=K41 上式表明，當(dāng)節(jié)點1沿X方向產(chǎn)生一單位位移，而單元1的其余節(jié)點位移為零時，各節(jié)點施于單元1上的力將組成一平衡力系，表示單元1抵抗位移U11的剛度。 根據(jù)節(jié)點間位移協(xié)調(diào)關(guān)系。U11= U22，V11=V22 又根據(jù)各節(jié)點的平衡條件有 F=KCFD Analysis with ANSYS/FLOTRANCFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN培訓(xùn)手冊有限元分析步驟有限元分析步驟有限元法可分為幾步： 結(jié)構(gòu)的離散化 選擇位移模式 即假定位移是坐標(biāo)的某種簡單的函數(shù)這種函數(shù)稱為位移模式或插值函數(shù)通常選多項式作為位移模式一般來說，多項式的項數(shù)應(yīng)等于單元的自由度數(shù)。 f=Ne

6、 (1-9) f單元內(nèi)任一點的位移列陣 e 單元的節(jié)點位移列陣 N形函數(shù)矩陣 CFD Analysis with ANSYS/FLOTRANCFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN培訓(xùn)手冊有限元分析步驟續(xù)）有限元分析步驟續(xù)） 分析單元的力學(xué)特性由1-9導(dǎo)出節(jié)點位移表示單元應(yīng)變的關(guān)系式 =Be (1-10) 單元內(nèi)任一點的應(yīng)變列陣 B單元應(yīng)變矩陣由1-10導(dǎo)出 =DBe 單元內(nèi)任一點的應(yīng)力矩陣 D與單元材料有關(guān)的彈性矩陣?yán)米兎衷?，建立作用于單元上的?jié)點力和位移之間的關(guān)系式 Fe=Kee CFD Analysis with ANSYS/FLOTRANCFD Analysi

7、s with ANSYS/FLOTRAN培訓(xùn)手冊有限元分析步驟續(xù)）有限元分析步驟續(xù)） 集合所有單元的平衡方程，集合依據(jù)的是所有相鄰 單元在公共節(jié)點處的位移相等；建立總體的有限元方程組。 引入邊界條件 求解有限元方程組，得到未知節(jié)點位移 計算單元應(yīng)力，對不同的單元，對應(yīng)力的處理還有不同的方法CFD Analysis with ANSYS/FLOTRANCFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN培訓(xùn)手冊ANSYS文件結(jié)構(gòu)文件結(jié)構(gòu)二進(jìn)制文件二進(jìn)制文件Jobname.db （數(shù)據(jù)庫文件） Jobname.dbb （備份文件）Jobname.rst （結(jié)構(gòu)分析結(jié)果文件）Jobname

8、.rth （熱分析結(jié)果文件）Jobname.rmg （電磁場分析結(jié)果文件）Jobname.rfl （流體分析結(jié)果文件）Jobname.tri （三角化剛度矩陣文件）Jobname.emat （單元矩陣文件）Jobname.esav （單元保存文件）CFD Analysis with ANSYS/FLOTRANCFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN培訓(xùn)手冊ANSYS文件結(jié)構(gòu)續(xù)）文件結(jié)構(gòu)續(xù)）文本文件Jobname.log命令日志文件）Jobname.err錯誤及警告信息文件）ANSYS6.0可以改變 Jobname Work directoryCFD Analysis wi

9、th ANSYS/FLOTRANCFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN培訓(xùn)手冊ANSYS內(nèi)存管理內(nèi)存管理CFD Analysis with ANSYS/FLOTRANCFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN培訓(xùn)手冊ANSYS內(nèi)存管理內(nèi)存管理 (續(xù)續(xù))WorkspaceCFD Analysis with ANSYS/FLOTRANCFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN培訓(xùn)手冊ANSYS 分析過程分析過程 建模 ( /prep7) 加載及求解 (/solu) 觀察結(jié)果 (/post1, /post26)CFD Analysis

10、with ANSYS/FLOTRANCFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN培訓(xùn)手冊建模建模 確定工作名和分析標(biāo)題（/TITLE） 定義單位 選單元 定義實常數(shù) 定義材料性質(zhì) 創(chuàng)建幾何模型 建立有限元模型CFD Analysis with ANSYS/FLOTRANCFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN培訓(xùn)手冊 ANSYS/Structural求解功能Static - 結(jié)構(gòu)靜力問題包括線性和非線性問題）Modal - 模態(tài)振動特性計算分析結(jié)構(gòu)固有頻率和振型）Harmonic - 諧波分析Transient - 瞬態(tài)分析Spectrum - 譜分析E

11、igen Buckling - 特征值屈曲分析線性）Substructural - 子結(jié)構(gòu)分析。ANSYS/Structural求解功能求解功能CFD Analysis with ANSYS/FLOTRANCFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN培訓(xùn)手冊ANSYS非線性非線性 材料非線性材料非線性 幾何非線性幾何非線性 單元非線性單元非線性CFD Analysis with ANSYS/FLOTRANCFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN培訓(xùn)手冊幾何非線性幾何非線性 大應(yīng)變大應(yīng)變 大撓度大撓度 應(yīng)力剛化應(yīng)力剛化 旋轉(zhuǎn)軟化旋轉(zhuǎn)軟化CFD Analys

12、is with ANSYS/FLOTRANCFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN培訓(xùn)手冊材料非線性材料非線性 速率無關(guān)的塑性速率無關(guān)的塑性 速率相關(guān)的塑性速率相關(guān)的塑性 超彈性超彈性 粘彈性粘彈性 混凝土混凝土 非線彈性非線彈性 蠕變?nèi)渥?膨脹膨脹CFD Analysis with ANSYS/FLOTRANCFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN培訓(xùn)手冊材料非線性材料非線性 流動準(zhǔn)則流動準(zhǔn)則 屈服準(zhǔn)則屈服準(zhǔn)則 強(qiáng)化準(zhǔn)則強(qiáng)化準(zhǔn)則CFD Analysis with ANSYS/FLOTRANCFD Analysis with ANSYS/FLOTRA

13、N培訓(xùn)手冊單元非線性單元非線性 接觸接觸 點點-點點 點點-線線 點點-面面 面面-面面 剛剛-柔柔 柔柔-柔柔 單元生死單元生死 (焊接焊接,土壤開挖土壤開挖) 非線性單元非線性單元 LINK10, COMBINE40.CFD Analysis with ANSYS/FLOTRANCFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN培訓(xùn)手冊幾何模型與有限元模型幾何模型與有限元模型關(guān)鍵點線面體單元節(jié)點幾何模型有限元模型CFD Analysis with ANSYS/FLOTRANCFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN培訓(xùn)手冊加載加載載荷的含義六大類）載荷的含義

14、六大類）l 自由度約束位移，對稱邊界條件，溫度等）自由度約束位移，對稱邊界條件，溫度等）l 節(jié)點力力，力矩，熱流量）節(jié)點力力，力矩，熱流量）l 表面載荷壓力，對流，熱流量）表面載荷壓力，對流，熱流量）l 體載荷結(jié)構(gòu)分析中溫度，熱分析中熱生成率，磁體載荷結(jié)構(gòu)分析中溫度，熱分析中熱生成率，磁 場分析中電流密度）場分析中電流密度）l 慣性載荷重力加速度，角加速度）慣性載荷重力加速度，角加速度）l 耦合場載荷上述載荷的一種特殊情況，一種分析耦合場載荷上述載荷的一種特殊情況，一種分析的結(jié)果作為載荷加于另一種分析中）的結(jié)果作為載荷加于另一種分析中）CFD Analysis with ANSYS/FLOTR

15、ANCFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN培訓(xùn)手冊實體幾何模型載荷實體幾何模型載荷優(yōu)點優(yōu)點改變網(wǎng)格不影響載荷改變網(wǎng)格不影響載荷涉及到的加載實體少涉及到的加載實體少缺點缺點生成的單元在當(dāng)前激活的單元座標(biāo)下，節(jié)點為總生成的單元在當(dāng)前激活的單元座標(biāo)下，節(jié)點為總體直角座標(biāo)，因此實體與有限元模型可能有不同體直角座標(biāo)，因此實體與有限元模型可能有不同座標(biāo)系統(tǒng)和載荷方向座標(biāo)系統(tǒng)和載荷方向?qū)嶓w載荷在凝聚分析中不方便，因載荷加在主自實體載荷在凝聚分析中不方便，因載荷加在主自由度上施加關(guān)鍵點約束較繁鎖由度上施加關(guān)鍵點約束較繁鎖 不能顯示所有實體載荷不能顯示所有實體載荷CFD Analysis

16、 with ANSYS/FLOTRANCFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN培訓(xùn)手冊有限元載荷有限元載荷優(yōu)點優(yōu)點凝聚分析加載方便凝聚分析加載方便不用考慮約束擴(kuò)展不用考慮約束擴(kuò)展缺點缺點網(wǎng)格改變后需重新加載網(wǎng)格改變后需重新加載圖形拾取加載不方便圖形拾取加載不方便CFD Analysis with ANSYS/FLOTRANCFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN培訓(xùn)手冊ANSYS坐標(biāo)系種類坐標(biāo)系種類 總體坐標(biāo)系總體坐標(biāo)系 局部坐標(biāo)系局部坐標(biāo)系 節(jié)點坐標(biāo)系節(jié)點坐標(biāo)系 單元坐標(biāo)系單元坐標(biāo)系 結(jié)果坐標(biāo)系結(jié)果坐標(biāo)系 顯示坐標(biāo)系顯示坐標(biāo)系CFD Analysi

17、s with ANSYS/FLOTRANCFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN培訓(xùn)手冊ANSYS坐標(biāo)系類型坐標(biāo)系類型 直角坐標(biāo)系直角坐標(biāo)系 圓柱坐標(biāo)系圓柱坐標(biāo)系 球坐標(biāo)系球坐標(biāo)系 環(huán)形坐標(biāo)系環(huán)形坐標(biāo)系CFD Analysis with ANSYS/FLOTRANCFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN培訓(xùn)手冊誤差估計誤差估計SERR SERR 單元能量范數(shù)誤差單元能量范數(shù)誤差 ei ei ei=1/2volDT-1 d(vol) ei=1/2volDT-1 d(vol) PRERRPRERR能量范數(shù)百分比誤差能量范數(shù)百分比誤差 E E E=100e

18、/ E=100e/（U+eU+e）1/21/2 U U整個模型應(yīng)變能整個模型應(yīng)變能SDSG iSDSG i連接單元的節(jié)點中，最大應(yīng)力差值的絕對值連接單元的節(jié)點中，最大應(yīng)力差值的絕對值 in=an-in in=an-inCFD Analysis with ANSYS/FLOTRANCFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN培訓(xùn)手冊選擇單元策略選擇單元策略 對線性結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析，建議采用高階單元對線性結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析，建議采用高階單元 對非線性應(yīng)力分析，用低階單元采用較密網(wǎng)格，對非線性應(yīng)力分析，用低階單元采用較密網(wǎng)格，而不用較粗網(wǎng)格高階單元而不用較粗網(wǎng)格高階單元 對場分析，低階單元通

19、常與高階單元一樣可以取對場分析，低階單元通常與高階單元一樣可以取得好的結(jié)果得好的結(jié)果 對應(yīng)力分析，四邊形比三角形結(jié)果要好對應(yīng)力分析，四邊形比三角形結(jié)果要好CFD Analysis with ANSYS/FLOTRANCFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN培訓(xùn)手冊ANSYS單元介紹單元介紹ANSYS單元分類單元分類*ANSYS常用單元常用單元 介紹介紹 ANSYS單元介紹單元介紹CFD Analysis with ANSYS/FLOTRANCFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN培訓(xùn)手冊ANSYS單元分類單元分類*ANSYS常用單元常用單元 介紹介紹

20、*ANSYS常用單元常用單元 推薦推薦 ANSYS單元介紹單元介紹CFD Analysis with ANSYS/FLOTRANCFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN培訓(xùn)手冊ANSYSANSYS的單元按形狀可分為以下三類：的單元按形狀可分為以下三類：質(zhì)點單元如質(zhì)量單元）質(zhì)點單元如質(zhì)量單元）線單元如桿、梁、管單元）線單元如桿、梁、管單元）面單元二維平面面單元二維平面 、殼等）、殼等）體單元如體單元如SOLIDSOLID等）等）其它輔助單元其它輔助單元下面就這些類型中常用的單元作簡要介下面就這些類型中常用的單元作簡要介紹。紹。ANSYS單元分類單元分類CFD Analysi

21、s with ANSYS/FLOTRANCFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN培訓(xùn)手冊 ANSYS單元分類單元分類1. 桿單元，包括二維桿單元和三維桿單元，線性調(diào)節(jié)桿單元，包括二維桿單元和三維桿單元，線性調(diào)節(jié)元，主要包括：元，主要包括：LINK1，LINK8，LINK10，LINK11，LINK180等。等。 2. 彈簧阻尼單元，包括彈簧阻尼單元，包括COMBIN系列：系列：COMBIN7,COMBIN14,COMBIN37,COMBIN40等。等。3. 質(zhì)量元，質(zhì)量元，MASS21。CFD Analysis with ANSYS/FLOTRANCFD Analysis

22、 with ANSYS/FLOTRAN初級培訓(xùn) ANSYS單元分類單元分類4 . 梁單元，分為二維和三維單元，彈性和塑性；可定梁單元，分為二維和三維單元，彈性和塑性；可定 義各種截面。主要包括：義各種截面。主要包括：BEAM3，BEAM4，BEAM23，BEAM24，BEAM44，BEAM188，BEAM189。5. 管單元，分為彈性和塑性管元，直管、彎管、管單元，分為彈性和塑性管元，直管、彎管、T 形管。形管。主要包括：主要包括：PIPE系列。系列。6. 二維二維/三維預(yù)拉單元三維預(yù)拉單元PRET179，可以處理預(yù)緊螺栓。，可以處理預(yù)緊螺栓。7. 結(jié)構(gòu)實體單元，分為二維和三維，彈性和塑性，結(jié)

23、構(gòu)實體單元，分為二維和三維，彈性和塑性， 低階低階 單元和高階單元。單元和高階單元。 主要包括：主要包括：PLANE系列，系列，SOLID系列。系列。CFD Analysis with ANSYS/FLOTRANCFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN初級培訓(xùn) ANSYS單元分類單元分類8. 殼單元，分為薄殼、中厚殼，彈性殼元，塑性殼單殼單元，分為薄殼、中厚殼，彈性殼元，塑性殼單 元，膜單元。主要包括：元，膜單元。主要包括：SHELL系列。系列。9. 流體單元，流體單元，F(xiàn)LUID系列。系列。10. 超彈單元，超彈單元，HYPER系列。系列。11. 粘彈性單元，粘彈性單元

24、，VISCO系列。系列。 12. 二維、三維表面效應(yīng)單元。二維、三維表面效應(yīng)單元。 熱表面效應(yīng)單元：熱表面效應(yīng)單元：SURF151，SURF152； 結(jié)構(gòu)表面效應(yīng)單元：結(jié)構(gòu)表面效應(yīng)單元：SURF153，SURF154。CFD Analysis with ANSYS/FLOTRANCFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN初級培訓(xùn) ANSYS單元分類單元分類13. 接觸單元，接觸單元， 分為二維和三維點分為二維和三維點-點接觸、點點接觸、點-面接面接觸、面觸、面-面接觸。接觸單元和目標(biāo)單元在某些情況下面接觸。接觸單元和目標(biāo)單元在某些情況下成對使用。主要包括：成對使用。主要包括

25、：接觸單元：接觸單元：CONTA系列；目標(biāo)單元：系列；目標(biāo)單元：TRAGE系列。系列。 14. 網(wǎng)格劃分輔助單元，網(wǎng)格劃分輔助單元，MESH200。與求解無關(guān)，。與求解無關(guān)， 不不 影響計算結(jié)果。在用低級單元創(chuàng)建高級單元影響計算結(jié)果。在用低級單元創(chuàng)建高級單元等等 狀態(tài)時使用，例如拖拉。狀態(tài)時使用，例如拖拉。 15. 其它單元其它單元 超單元：超單元：MATRIX50，主要用于子結(jié)構(gòu)分析等方，主要用于子結(jié)構(gòu)分析等方面；面； 剛度、阻尼、質(zhì)量單元：剛度、阻尼、質(zhì)量單元：MATRIX27， 可用于彈性運動學(xué)響應(yīng)分析等方面?？捎糜趶椥赃\動學(xué)響應(yīng)分析等方面。CFD Analysis with ANSYS

26、/FLOTRANCFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN初級培訓(xùn)ANSYS單元介紹單元介紹ANSYS單元分類單元分類常用單元常用單元 介紹介紹* ANSYS常用單元推薦常用單元推薦CFD Analysis with ANSYS/FLOTRANCFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN培訓(xùn)手冊ANSYS常用單元介紹常用單元介紹Link8 3維桿單元，可用來模擬桁架、纜索、連桿、彈簧等。維桿單元，可用來模擬桁架、纜索、連桿、彈簧等。沿杠的軸向承受拉壓，不承受彎矩。每個節(jié)點有沿杠的軸向承受拉壓，不承受彎矩。每個節(jié)點有3個自由個自由度沿節(jié)點坐標(biāo)系度沿節(jié)點坐標(biāo)系

27、x、y、z的平動）。具有塑性、蠕變、的平動）。具有塑性、蠕變、膨脹、應(yīng)力剛化、大變形、大應(yīng)變等功能。膨脹、應(yīng)力剛化、大變形、大應(yīng)變等功能。單元無選項要求。單元無選項要求。所需實常數(shù)：截面積和初始應(yīng)變。所需實常數(shù)：截面積和初始應(yīng)變。同類型單元有同類型單元有Link1(2D)、Link10、Link11等。等。CFD Analysis with ANSYS/FLOTRANCFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN培訓(xùn)手冊Combin14 彈簧阻尼單元，可用于一維、二維、三維中的軸彈簧阻尼單元，可用于一維、二維、三維中的軸向拉壓和扭轉(zhuǎn)。向拉壓和扭轉(zhuǎn)。 具有軸向拉壓、扭轉(zhuǎn)能力。具有

28、軸向拉壓、扭轉(zhuǎn)能力。 單元選項：單元選項：K1-線性、非線性求解選項；線性、非線性求解選項； K21D自由度選項包括平動自由自由度選項包括平動自由 度和轉(zhuǎn)動自由度）度和轉(zhuǎn)動自由度） K3-2D、3D自由度選項自由度選項 （包括平動自由度和轉(zhuǎn)動自由度）（包括平動自由度和轉(zhuǎn)動自由度） 實常數(shù)：實常數(shù)： K-彈簧剛度；彈簧剛度； CV1-阻尼系數(shù)；阻尼系數(shù)； CV2-非線性阻尼系數(shù)。非線性阻尼系數(shù)。ANSYS常用單元介紹常用單元介紹CFD Analysis with ANSYS/FLOTRANCFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN培訓(xùn)手冊ANSYS常用單元介紹常用單元介紹BE

29、AM4 三維彈性梁單元三維彈性梁單元 可承受軸向拉壓、扭轉(zhuǎn)和彎曲，每個節(jié)點六個自由度可承受軸向拉壓、扭轉(zhuǎn)和彎曲，每個節(jié)點六個自由度 （三個平動和三個轉(zhuǎn)動自由度）（三個平動和三個轉(zhuǎn)動自由度） 具有應(yīng)力剛化和大變形功能。具有應(yīng)力剛化和大變形功能。 單元選項：單元選項：k2剛化矩陣選項主矩陣或一致矩陣）；剛化矩陣選項主矩陣或一致矩陣）； k6是否輸出單元力和力矩；是否輸出單元力和力矩； k7是否計算回轉(zhuǎn)矩陣；是否計算回轉(zhuǎn)矩陣； k9額外中間選項輸出；額外中間選項輸出； k10按長度單位還是按長度比例進(jìn)行載按長度單位還是按長度比例進(jìn)行載 荷偏移處理。荷偏移處理。 實常數(shù)定義：可以通過截面參數(shù)按截面圖形

30、輸入和實常數(shù)定義：可以通過截面參數(shù)按截面圖形輸入和 定義截面尺寸、截面類型。定義截面尺寸、截面類型。 同類型的單元：同類型的單元：BEAM3、BEAM23、BEAM24、 BEAM44、BEAM188、BEAM189等。等。CFD Analysis with ANSYS/FLOTRANCFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN培訓(xùn)手冊ANSYS常用單元介紹常用單元介紹PLANE42 2D結(jié)構(gòu)實體單元。結(jié)構(gòu)實體單元。 可用于平面應(yīng)力、平面應(yīng)變、軸對稱。有四個節(jié)點，每個可用于平面應(yīng)力、平面應(yīng)變、軸對稱。有四個節(jié)點，每個節(jié)點兩個平動自由度。節(jié)點兩個平動自由度。具有塑性、蠕變、膨脹

31、、應(yīng)力剛化、大變形和大應(yīng)變功能。具有塑性、蠕變、膨脹、應(yīng)力剛化、大變形和大應(yīng)變功能。單元選項：單元選項：K1單元坐標(biāo)系定義平行于總體坐標(biāo)系或以單元坐標(biāo)系定義平行于總體坐標(biāo)系或以IJ邊為基準(zhǔn)）；邊為基準(zhǔn)）；K2是否包括額外的位移形狀；是否包括額外的位移形狀；K3-單元行為平面應(yīng)力、應(yīng)變、軸對稱等）單元行為平面應(yīng)力、應(yīng)變、軸對稱等）K4額外的應(yīng)力輸出沒有、積分點、節(jié)點）額外的應(yīng)力輸出沒有、積分點、節(jié)點）K5額外的表面輸出選項。額外的表面輸出選項。實常數(shù)：無實常數(shù)要求單元厚度按單位厚度考慮）實常數(shù)：無實常數(shù)要求單元厚度按單位厚度考慮） 對應(yīng)的高階單元是對應(yīng)的高階單元是PLANE82，接受非軸對稱載荷

32、的，接受非軸對稱載荷的 軸對稱單元是軸對稱單元是PLANE25。 同類型的單元還有同類型的單元還有PLANE182、PLANE183等。等。CFD Analysis with ANSYS/FLOTRANCFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN初級培訓(xùn)ANSYS常用單元介紹常用單元介紹SOLID95 D20節(jié)點結(jié)構(gòu)實體單元。節(jié)點結(jié)構(gòu)實體單元。 是是3D八節(jié)點實體單元八節(jié)點實體單元SOLID45的高階單元。該單元在的高階單元。該單元在保證精度的同時允許使用不規(guī)則的形狀。具有相容的位移保證精度的同時允許使用不規(guī)則的形狀。具有相容的位移形式，適用于曲線邊界的建模。形式，適用于曲線

33、邊界的建模。具有塑性、蠕變、膨脹、應(yīng)力剛化、大變形和大應(yīng)變功能。具有塑性、蠕變、膨脹、應(yīng)力剛化、大變形和大應(yīng)變功能。單元選項：單元坐標(biāo)系；額外單元輸出選項；額外表面輸單元選項：單元坐標(biāo)系；額外單元輸出選項；額外表面輸出選項；積分原則。出選項；積分原則。同類型的單元還有：同類型的單元還有：SOLID185、SOLID186等。等。CFD Analysis with ANSYS/FLOTRANCFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN初級培訓(xùn)ANSYS常用單元介紹常用單元介紹SHELL93 八節(jié)點結(jié)構(gòu)殼單元。八節(jié)點結(jié)構(gòu)殼單元。 每個節(jié)點有六個自由度三個平動和三個轉(zhuǎn)動自每個節(jié)點有

34、六個自由度三個平動和三個轉(zhuǎn)動自 由由 度）。在平面的兩個方向上，變形的形狀都是度）。在平面的兩個方向上，變形的形狀都是 二次的。二次的。 具有塑性、應(yīng)力剛化、大變形和大應(yīng)變功能。具有塑性、應(yīng)力剛化、大變形和大應(yīng)變功能。 單元選項：單元坐標(biāo)系；額外應(yīng)力輸出選項；單元選項：單元坐標(biāo)系；額外應(yīng)力輸出選項； 非線性積分點輸出選項等。非線性積分點輸出選項等。 實常數(shù)：單元各點的厚度；單元實常數(shù)：單元各點的厚度；單元X軸的轉(zhuǎn)角；軸的轉(zhuǎn)角； 增加的單位質(zhì)量面等。增加的單位質(zhì)量面等。 同類型的單元：同類型的單元： CFD Analysis with ANSYS/FLOTRANCFD Analysis with

35、 ANSYS/FLOTRAN培訓(xùn)手冊ANSYS常用單元介紹常用單元介紹SHELL63 線性單元線性單元4節(jié)點），節(jié)點）， 具有應(yīng)力剛化、大變形功能。具有應(yīng)力剛化、大變形功能。SHELL143 四節(jié)點塑性殼單元，具有塑性、蠕變、四節(jié)點塑性殼單元，具有塑性、蠕變、 膨脹、應(yīng)力剛化、大變形和大應(yīng)變功能。膨脹、應(yīng)力剛化、大變形和大應(yīng)變功能。 可處理薄殼和中厚度的殼單元?？商幚肀ず椭泻穸鹊臍卧?。 SHELL181 有限應(yīng)變殼單元。特別適用于具有線性、有限應(yīng)變殼單元。特別適用于具有線性、 大角度轉(zhuǎn)動大角度轉(zhuǎn)動/或非線性大應(yīng)變特性的應(yīng)用問題。或非線性大應(yīng)變特性的應(yīng)用問題。 非線性分析中考慮了殼厚度的變化

36、。非線性分析中考慮了殼厚度的變化。 單元內(nèi)積分可用完全積分和縮減積分。單元內(nèi)積分可用完全積分和縮減積分。 采用采用SHELL43有收斂困難的問題可用有收斂困難的問題可用 SHELL181代替。代替。SHELL43 塑性大應(yīng)變殼單元。塑性大應(yīng)變殼單元。CFD Analysis with ANSYS/FLOTRANCFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN初級培訓(xùn)ANSYS常用單元介紹常用單元介紹SURF153 2D表面效應(yīng)單元表面效應(yīng)單元SURF154 3D表面效應(yīng)單元表面效應(yīng)單元 單元選項：單元特點平面應(yīng)力、應(yīng)變、軸對稱等），單元選項：單元特點平面應(yīng)力、應(yīng)變、軸對稱等），

37、是否有中間節(jié)點、壓力載荷法向等。是否有中間節(jié)點、壓力載荷法向等。 實常數(shù)：基礎(chǔ)剛度、表面張力、厚度實常數(shù)：基礎(chǔ)剛度、表面張力、厚度CFD Analysis with ANSYS/FLOTRANCFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN培訓(xùn)手冊ANSYS常用單元介紹常用單元介紹接觸單元：接觸單元： 目標(biāo)面；接觸面；目標(biāo)面；接觸面； 可以通過接觸導(dǎo)向來定義接觸對；可以通過接觸導(dǎo)向來定義接觸對； 單元選項：單元自由度、接觸算法、接觸檢查點、單元選項：單元自由度、接觸算法、接觸檢查點、 CNOF的自動調(diào)節(jié)、接觸時間載荷預(yù)報、的自動調(diào)節(jié)、接觸時間載荷預(yù)報、 偽接觸預(yù)報、接觸初期滲透偽

38、接觸預(yù)報、接觸初期滲透/間隙考慮否、間隙考慮否、 接觸剛度修正。接觸剛度修正。 實常數(shù)：接觸剛度實常數(shù)：接觸剛度KFN）、穿透容差值）、穿透容差值FTOLN）、）、 摩擦系數(shù)等。摩擦系數(shù)等。CFD Analysis with ANSYS/FLOTRANCFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN初級培訓(xùn)表面效應(yīng)單元表面效應(yīng)單元表面效應(yīng)單元表面效應(yīng)單元Surf154Surf154應(yīng)用簡介應(yīng)用簡介單元定義：單元定義：4-84-8個節(jié)點及材料特性個節(jié)點及材料特性單元退化單元退化實常數(shù)實常數(shù) 厚度等，厚度缺損為單位厚度。厚度等，厚度缺損為單位厚度。 質(zhì)量和體積的計算要使用單元厚度。質(zhì)

39、量和體積的計算要使用單元厚度。 ADMSU ADMSU，附加質(zhì)量單位面積），附加質(zhì)量單位面積） EFS EFS， 基礎(chǔ)剛度基礎(chǔ)剛度 . .CFD Analysis with ANSYS/FLOTRANCFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN培訓(xùn)手冊表面效應(yīng)單元表面效應(yīng)單元表面效應(yīng)單元表面效應(yīng)單元Surf154)Surf154)的加載的加載節(jié)點和單元載荷節(jié)點和單元載荷對于對于faceface為為1 1，2 2，3 3，4 4，5 5壓力的正值作用在單元坐標(biāo)系壓力的正值作用在單元坐標(biāo)系的正面除非在的正面除非在Z Z的負(fù)方向作用法向壓力）；的負(fù)方向作用法向壓力）；正或負(fù)根據(jù)正或

40、負(fù)根據(jù)Keyopt(6)Keyopt(6)可以移動到流體約束的自由表面；可以移動到流體約束的自由表面；face=1face=1，壓力作用在表面的法向；，壓力作用在表面的法向；face=2face=2，壓力作用在表面的切向，壓力作用在表面的切向X) X)；face=3face=3，壓力作用在表面的切向，壓力作用在表面的切向Y) Y)；CFD Analysis with ANSYS/FLOTRANCFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN培訓(xùn)手冊表面效應(yīng)單元表面效應(yīng)單元Face=4Face=4，法向壓力，法向壓力 在每個積分點，壓力的大小是在每個積分點，壓力的大小是Pi+xPj

41、+yPk+ZPlPi+xPj+yPk+ZPl 其中，其中，Pi,Pj,Pk,PlPi,Pj,Pk,Pl是用是用SFESFE命令輸入的命令輸入的 VAL1,VAL2,VAL3,VAL4 VAL1,VAL2,VAL3,VAL4，X,Y,ZX,Y,Z是當(dāng)前是當(dāng)前 位置的笛卡兒系下的坐標(biāo)值位置的笛卡兒系下的坐標(biāo)值CFD Analysis with ANSYS/FLOTRANCFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN培訓(xùn)手冊表面效應(yīng)單元表面效應(yīng)單元Face=5Face=5，與表面成一定的角度的壓力，與表面成一定的角度的壓力 壓力值的大小是壓力值的大小是Pi Pi； 壓力的方向是：壓力

42、的方向是： （PjX+PkY+PlZ)/(Pj2+Pk2+Pl2)1/2PjX+PkY+PlZ)/(Pj2+Pk2+Pl2)1/2壓力值可以根據(jù)壓力值可以根據(jù)Keyopts(11)Keyopts(11)和和Keyopts(12)Keyopts(12)調(diào)整，調(diào)整，但，當(dāng)使用但，當(dāng)使用SffunSffun或或SfgradSfgrad命令時，方向是不會調(diào)整的。命令時，方向是不會調(diào)整的。 CFD Analysis with ANSYS/FLOTRANCFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN培訓(xùn)手冊表面效應(yīng)單元表面效應(yīng)單元Suuf154Suuf154的輸入的輸入單元名單元名 SUR

43、F154 SURF154節(jié)點：節(jié)點：i,j,k,l if keyopt(4)=1 i,j,k,l if keyopt(4)=1 （無中間節(jié)點）（無中間節(jié)點） I,j,k,l,m,n,o,p if keyopt(4)=0 I,j,k,l,m,n,o,p if keyopt(4)=0 （有中間節(jié)（有中間節(jié)點）點）自由度：自由度：ux uy uzux uy uz實常數(shù)：實常數(shù)：材料特性：材料特性：Dens,Visc,DampDens,Visc,DampCFD Analysis with ANSYS/FLOTRANCFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN培訓(xùn)手冊表面效應(yīng)單元表面效

44、應(yīng)單元 Surface Loads Surface Loads Pressures: Face=1 (I,J,K,L ) Pressures: Face=1 (I,J,K,L ) 表面法向表面法向 Face=2 (I,J,K,L) Face=2 (I,J,K,L) 切向（切向（+X)+X) Face=3 (I,J,K,L) Face=3 (I,J,K,L) 切向（切向（+Y)+Y) Face=4 (I,J,K,L) Face=4 (I,J,K,L) 法向法向 （錐形（錐形) ) Face=5 (I,J,K,L) Face=5 (I,J,K,L) 根據(jù)輸入的矢量根據(jù)輸入的矢量CFD Analys

45、is with ANSYS/FLOTRANCFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN培訓(xùn)手冊* ANSYS單元分類單元分類* ANSYS常用單元常用單元 介紹介紹 ANSYS常用單元推薦常用單元推薦ANSYS單元介紹單元介紹CFD Analysis with ANSYS/FLOTRANCFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN培訓(xùn)手冊實體單元推薦實體單元推薦幾乎不可壓縮材料幾乎不可壓縮材料 (塑性塑性)可忽略彎曲的體結(jié)構(gòu)變形采用可忽略彎曲的體結(jié)構(gòu)變形采用 Plane182, Solid185 選擇選擇縮減積分縮減積分 (B-Bar)。對于小應(yīng)變應(yīng)用采用非

46、協(xié)調(diào)模式單元對于小應(yīng)變應(yīng)用采用非協(xié)調(diào)模式單元 Plane42, Solid45。對于大應(yīng)變應(yīng)用采用具有對于大應(yīng)變應(yīng)用采用具有URI(特別對于大模型特別對于大模型)的的Plane182 和和 Solid185 或具有或具有URI的的 Solid95 。也可。也可以采用以采用 Visco106, Visco107 和和 Visco108 單元單元(甚至甚至對于與速率無關(guān)的塑性對于與速率無關(guān)的塑性)。CFD Analysis with ANSYS/FLOTRANCFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN培訓(xùn)手冊實體單元推薦實體單元推薦不可壓縮材料不可壓縮材料 (超彈性超彈性)類似

47、橡膠材料的不可壓縮條件約束需要類似橡膠材料的不可壓縮條件約束需要 U-P 混合公式，可混合公式，可采用單元采用單元 Hyper56, Hyper58, Hyper158 或或 Hyper74 。CFD Analysis with ANSYS/FLOTRANCFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN培訓(xùn)手冊殼單元殼單元 - 概述概述 當(dāng)結(jié)構(gòu)的總體厚度相對于典型長度很小時可使用殼單元當(dāng)結(jié)構(gòu)的總體厚度相對于典型長度很小時可使用殼單元，長度比厚度大十倍以上的問題可決定使用殼單元。，長度比厚度大十倍以上的問題可決定使用殼單元。 公開的文獻(xiàn)中有各種殼理論，這源于對殼位移的不同近公開的文

48、獻(xiàn)中有各種殼理論，這源于對殼位移的不同近似描述。似描述。 ANSYS ANSYS 中的殼單元根據(jù)要求解的問題類型采用不同的公中的殼單元根據(jù)要求解的問題類型采用不同的公式，三個基本的殼公式包括式，三個基本的殼公式包括: : 薄膜理論薄膜理論,“,“薄殼理薄殼理論和論和“ “ 厚殼理論。厚殼理論。CFD Analysis with ANSYS/FLOTRANCFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN培訓(xùn)手冊殼單元殼單元 - 概述概述薄膜理論薄膜理論 Shell41 Shell41 采用薄膜理論。采用薄膜理論。Shell41 Shell41 忽略彎曲和橫向剪切，忽略彎曲和橫向剪切

49、，只包含薄膜效應(yīng)。只包含薄膜效應(yīng)。經(jīng)典經(jīng)典 Love-Kirchhoff Love-Kirchhoff 理論理論 Shell63 Shell63 是是“ “ 薄殼單元。薄殼單元。Shell63 Shell63 包含彎曲和薄膜效包含彎曲和薄膜效應(yīng)但忽略橫向剪切變形。應(yīng)但忽略橫向剪切變形。Reissner/Mindlin Reissner/Mindlin 理論理論 Shell43, 143, 181, 91, 93 Shell43, 143, 181, 91, 93 和和 99 99 是是“ “ 厚殼單元。厚殼單元。其包含彎曲、薄膜和橫向剪切效應(yīng)。橫向剪切被表示其包含彎曲、薄膜和橫向剪切效應(yīng)。橫向

50、剪切被表示為整個厚度上的常剪切應(yīng)變?yōu)檎麄€厚度上的常剪切應(yīng)變, ,這種一階近似只適用于這種一階近似只適用于“ “ 中等厚度殼體。中等厚度殼體。CFD Analysis with ANSYS/FLOTRANCFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN培訓(xùn)手冊平面變形中的殼單元平面變形中的殼單元 平面內(nèi)殼的響應(yīng)可認(rèn)為是平面應(yīng)力狀態(tài)，因此對于殼單平面內(nèi)殼的響應(yīng)可認(rèn)為是平面應(yīng)力狀態(tài)，因此對于殼單元不會出現(xiàn)體積鎖定問題。元不會出現(xiàn)體積鎖定問題。 (當(dāng)絕對不可壓縮，泊松比當(dāng)絕對不可壓縮，泊松比 = 0.5 時時Shell181 支持超彈性支持超彈性) 對于薄膜現(xiàn)象，殼單元的平面公式與平面實

51、體單元的公對于薄膜現(xiàn)象，殼單元的平面公式與平面實體單元的公式相似式相似(非協(xié)調(diào)模式非協(xié)調(diào)模式)。 Shell41, 43, 63 和和 181 對于平面內(nèi)變形支持非協(xié)調(diào)模對于平面內(nèi)變形支持非協(xié)調(diào)模式。式。 Shell181 也支持具有沙漏控制的一致縮減積分也支持具有沙漏控制的一致縮減積分 (缺省選缺省選項項)。CFD Analysis with ANSYS/FLOTRANCFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN培訓(xùn)手冊殼單元推薦殼單元推薦線性分析線性分析如殼的厚度非常小采用如殼的厚度非常小采用 Shell63，Shell63單元不包含單元不包含橫向剪切效應(yīng)。橫向剪切效應(yīng)。

52、如橫向剪切變形重要，對于均勻材料采用如橫向剪切變形重要，對于均勻材料采用 Shell43, Shell93或或 Shell143 ，對于復(fù)合材料采用，對于復(fù)合材料采用 Shell91 或或 Shell99 。注意具有一致縮減積分注意具有一致縮減積分(缺省缺省)的單元的單元 Shell181 對大模對大模型較快，但將需要較細(xì)的網(wǎng)格。型較快，但將需要較細(xì)的網(wǎng)格。CFD Analysis with ANSYS/FLOTRANCFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN培訓(xùn)手冊殼單元推薦殼單元推薦非線性分析非線性分析 等向強(qiáng)化塑性和超彈性等向強(qiáng)化塑性和超彈性采用采用 Shell181

53、。 其優(yōu)勢包括：較小的其優(yōu)勢包括：較小的 .esav 文件，文件，較少的較少的 CPU 時間，壓力載荷剛度效果，可以導(dǎo)入初時間，壓力載荷剛度效果，可以導(dǎo)入初始應(yīng)力，接觸分析中厚度變化。始應(yīng)力，接觸分析中厚度變化。運動強(qiáng)化塑性，蠕變運動強(qiáng)化塑性，蠕變采用采用 Shell143, Shell43 和和 Shell93。 Shell43 和和 Shell143 適用于小應(yīng)變塑性，適用于小應(yīng)變塑性，Shell93是彎曲的殼是彎曲的殼 (高高階階)。CFD Analysis with ANSYS/FLOTRANCFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN培訓(xùn)手冊梁單元梁單元 - 概述概

54、述梁單元可用于分析主要受側(cè)向或橫向載荷的結(jié)構(gòu)，典型梁單元可用于分析主要受側(cè)向或橫向載荷的結(jié)構(gòu)，典型的梁應(yīng)用包括：機(jī)器主軸，房屋構(gòu)架，橋梁等。的梁應(yīng)用包括：機(jī)器主軸，房屋構(gòu)架，橋梁等。 ANSYS ANSYS中可用的兩個梁單元公式為：中可用的兩個梁單元公式為：Euler/Bernoulli Euler/Bernoulli 梁梁 Beam3 Beam3 和和 Beam4 Beam4 包括彎曲、軸向和扭轉(zhuǎn)變形。橫向剪切包括彎曲、軸向和扭轉(zhuǎn)變形。橫向剪切變形不包括于單元公式中變形不包括于單元公式中 ( (但可作為柔性因子應(yīng)用但可作為柔性因子應(yīng)用) )。Timoshenko Timoshenko 梁梁 Beam188 Beam188 和和 Beam189 Beam189 在單元公式中包括彎曲、軸向、扭在單元公式中包括彎曲、軸向、扭轉(zhuǎn)和橫向剪切變形。轉(zhuǎn)和橫向剪切