ansys通?？紤]的分析因素

1、B-1制訂分析方案是很重要的。一般考慮下列問題：制訂分析方案是很重要的。一般考慮下列問題：. 分析領(lǐng)域分析領(lǐng)域. 分析目標(biāo)分析目標(biāo). 線性線性/ /非線性問題非線性問題. 靜力靜力/ /動力問題動力問題. 分析細節(jié)的考慮分析細節(jié)的考慮. 幾何模型對稱性幾何模型對稱性 奇異奇異 單元類型單元類型 網(wǎng)格密度網(wǎng)格密度 單位制單位制 材料特性材料特性 載荷載荷 求解器求解器B-2制訂得分析方案好壞直接影響分析的制訂得分析方案好壞直接影響分析的精度精度和和成本成本（人耗工時，計算機資源等），（人耗工時，計算機資源等），但通常情況下精度和成本是相互但通常情況下精度和成本是相互沖突，沖突，特別是分析較大規(guī)模

2、和具有切割邊界的模特別是分析較大規(guī)模和具有切割邊界的模型時更為明顯。一個糟糕的分析方案可能導(dǎo)致分析資源緊張和分析方式受得限制型時更為明顯。一個糟糕的分析方案可能導(dǎo)致分析資源緊張和分析方式受得限制。B-3確定合適的分析學(xué)科領(lǐng)域確定合適的分析學(xué)科領(lǐng)域.實體運動，承受壓力，或?qū)嶓w間存在接觸實體運動，承受壓力，或?qū)嶓w間存在接觸.施加熱、高溫或存在溫度變化施加熱、高溫或存在溫度變化.恒定的磁場或磁場恒定的磁場或磁場.電流（直流或交流）電流（直流或交流）.氣（液）體的運動，或受限制的氣體氣（液）體的運動，或受限制的氣體/ /液體液體.以上各種情況的耦合以上各種情況的耦合結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)熱熱磁磁流體流體電電耦合場耦

3、合場準(zhǔn)則準(zhǔn)則B-4分析目的分析目的分析目的直接決定分析近似模型的確定。分析目的，就是這樣一個問題的答分析目的直接決定分析近似模型的確定。分析目的，就是這樣一個問題的答案：案：“利用利用FEAFEA我想研究結(jié)構(gòu)哪些方面的情況？我想研究結(jié)構(gòu)哪些方面的情況？”結(jié)構(gòu)分析結(jié)構(gòu)分析:.要想得到極高精度的應(yīng)力結(jié)果，必須保證影響精度的任何結(jié)構(gòu)部位有理想要想得到極高精度的應(yīng)力結(jié)果，必須保證影響精度的任何結(jié)構(gòu)部位有理想 的單元網(wǎng)格，不對幾何形狀進行細節(jié)上的簡化。應(yīng)力收斂應(yīng)當(dāng)?shù)玫奖ＷC，的單元網(wǎng)格，不對幾何形狀進行細節(jié)上的簡化。應(yīng)力收斂應(yīng)當(dāng)?shù)玫奖ＷC，而任何位置所作的任何簡化都可能引起明顯誤差。而任何位置所作的任何簡化

4、都可能引起明顯誤差。.在忽略細節(jié)的情況下，使用相對較粗糙的單元網(wǎng)格計算轉(zhuǎn)角和法向應(yīng)力。在忽略細節(jié)的情況下，使用相對較粗糙的單元網(wǎng)格計算轉(zhuǎn)角和法向應(yīng)力。.復(fù)雜的模型要求具有較好的均勻單元網(wǎng)格，并允許忽略細節(jié)因素。復(fù)雜的模型要求具有較好的均勻單元網(wǎng)格，并允許忽略細節(jié)因素。準(zhǔn)則準(zhǔn)則B-5分析目的分析目的模態(tài)分析模態(tài)分析:.簡單模態(tài)振型和頻率可以忽略細節(jié)因素而使用相對較粗糙的單元網(wǎng)格進行簡單模態(tài)振型和頻率可以忽略細節(jié)因素而使用相對較粗糙的單元網(wǎng)格進行分析計算。分析計算。熱分析：熱分析：.溫度分布梯度變化不大時可以忽略細節(jié)，劃分均勻且相對稀疏的單元網(wǎng)格溫度分布梯度變化不大時可以忽略細節(jié)，劃分均勻且相對稀

5、疏的單元網(wǎng)格。.當(dāng)溫度場梯度較大時，在梯度較大的方向劃分細密的單元網(wǎng)格。梯度越大當(dāng)溫度場梯度較大時，在梯度較大的方向劃分細密的單元網(wǎng)格。梯度越大，單元劃分就越細密。，單元劃分就越細密。.利用一個能同時模擬兩個物理場的模型求解溫度和熱耗散應(yīng)力，但熱和應(yīng)利用一個能同時模擬兩個物理場的模型求解溫度和熱耗散應(yīng)力，但熱和應(yīng)力模型都是相對獨立的。力模型都是相對獨立的。B-6“我的物理系統(tǒng)是在線性還是非線性狀態(tài)下工作？線性求解能滿足我的需要嗎？我的物理系統(tǒng)是在線性還是非線性狀態(tài)下工作？線性求解能滿足我的需要嗎？如果不能，必須考慮哪種非線性特性？如果不能，必須考慮哪種非線性特性？” 許多情況和物理現(xiàn)象都要求進

6、行非線許多情況和物理現(xiàn)象都要求進行非線性計算。性計算。(a) 訂書釘訂書釘Fut0t1t2 t3Fu (b) 木制書架木制書架b1b2 (c) 氣動帶氣動帶FuB-71. 幾何非線性幾何非線性2. 2. 材料非線性材料非線性3 3. 不斷變化的工作狀態(tài)造成的非線性不斷變化的工作狀態(tài)造成的非線性非線性最大的特性就是非線性最大的特性就是變結(jié)構(gòu)剛度。變結(jié)構(gòu)剛度。它由多種原因引起的，其中主要有以下三它由多種原因引起的，其中主要有以下三個方面的因素：個方面的因素：B-8.幾何非線性幾何非線性大變形大變形/ /大轉(zhuǎn)角大轉(zhuǎn)角當(dāng)結(jié)構(gòu)位移相對于結(jié)構(gòu)最小尺寸顯得較大時，該因素不當(dāng)結(jié)構(gòu)位移相對于結(jié)構(gòu)最小尺寸顯得較大

7、時，該因素不可忽略。如，鉤魚桿前稍承受較小的橫向載荷時，會產(chǎn)生很大的彎曲變形?？珊雎浴Ｈ?，鉤魚桿前稍承受較小的橫向載荷時，會產(chǎn)生很大的彎曲變形。隨著載荷增加，鉤魚桿的變形增大而使彎矩的力臂減小，結(jié)構(gòu)剛度增加。隨著載荷增加，鉤魚桿的變形增大而使彎矩的力臂減小，結(jié)構(gòu)剛度增加。ABFTIPuTIPAB準(zhǔn)則準(zhǔn)則B-9.幾何非線性幾何非線性(續(xù)續(xù))應(yīng)力剛化應(yīng)力剛化 (也稱作也稱作幾何或微分剛化幾何或微分剛化 ) 如果一個方向的應(yīng)力明顯引起其他如果一個方向的應(yīng)力明顯引起其他方向的剛度時，這個效應(yīng)十分重要。方向的剛度時，這個效應(yīng)十分重要。 受拉纜繩或薄膜，或者旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)都受拉纜繩或薄膜，或者旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)都是典型的

8、例子。是典型的例子。ANSYS只要作簡單設(shè)置就能將幾何非線性考慮進來，并只要作簡單設(shè)置就能將幾何非線性考慮進來，并建議完全不考慮幾何非線性時也最好打開應(yīng)力剛化開關(guān)。建議完全不考慮幾何非線性時也最好打開應(yīng)力剛化開關(guān)。B-10 材料非線性材料非線性線彈性線彈性是基于材料的應(yīng)力和應(yīng)變關(guān)系是常是基于材料的應(yīng)力和應(yīng)變關(guān)系是常數(shù)關(guān)系的假設(shè)數(shù)關(guān)系的假設(shè)“彈性模量彈性模量”或或“楊氏模楊氏模量量”為常數(shù)。為常數(shù)。因此，非線性材料應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系是非線因此，非線性材料應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系是非線性的性的。應(yīng)變應(yīng)變應(yīng)力應(yīng)力彈性模量彈性模量(EX)應(yīng)變應(yīng)變應(yīng)力應(yīng)力屈服點屈服點.材料極限材料極限塑性應(yīng)變塑性應(yīng)變B-11 材料非線性

9、材料非線性(續(xù)續(xù))實際當(dāng)中，沒有那種材料的應(yīng)力實際當(dāng)中，沒有那種材料的應(yīng)力 應(yīng)變關(guān)系是完全遵循線性關(guān)系的，應(yīng)變關(guān)系是完全遵循線性關(guān)系的，線性假設(shè)只不過是一種近似處理。對于大多數(shù)工程材料而言，在外載荷線性假設(shè)只不過是一種近似處理。對于大多數(shù)工程材料而言，在外載荷不足使結(jié)構(gòu)破壞情況下，這種近似是非常好的，能較好地確定設(shè)計中的不足使結(jié)構(gòu)破壞情況下，這種近似是非常好的，能較好地確定設(shè)計中的許可應(yīng)力或應(yīng)力限值。許可應(yīng)力或應(yīng)力限值。ANSYSANSYS規(guī)定的非線性材料特性：規(guī)定的非線性材料特性：.塑性塑性 永久的，不隨時間變化的變形永久的，不隨時間變化的變形.蠕變?nèi)渥?永久的，隨時間變化的變形永久的，隨時

10、間變化的變形.非線性彈性非線性彈性.粘彈粘彈 類似玻璃的材料類似玻璃的材料.超彈超彈 類似于橡膠的材料類似于橡膠的材料B-12材料非線性材料非線性(續(xù)續(xù))一些結(jié)構(gòu)存在局部屈服，即在一些小的區(qū)一些結(jié)構(gòu)存在局部屈服，即在一些小的區(qū)域內(nèi)應(yīng)力超過了屈服極限（域內(nèi)應(yīng)力超過了屈服極限（“彈性極限彈性極限”）。與結(jié)構(gòu)線性假設(shè)相反，充分考慮材料）。與結(jié)構(gòu)線性假設(shè)相反，充分考慮材料非線性特性并不會改變遠離屈服區(qū)域的應(yīng)非線性特性并不會改變遠離屈服區(qū)域的應(yīng)力場，甚至不改變這些區(qū)域內(nèi)的總應(yīng)變（力場，甚至不改變這些區(qū)域內(nèi)的總應(yīng)變（彈性和塑性應(yīng)變之和）。低周疲勞破壞計彈性和塑性應(yīng)變之和）。低周疲勞破壞計算完全不受其影響。

11、算完全不受其影響。僅僅在孔周圍發(fā)生屈曲僅僅在孔周圍發(fā)生屈曲B-13 接觸和其它狀態(tài)改變的非線性接觸和其它狀態(tài)改變的非線性這類非線性特性是隨狀態(tài)變化的，例如，只能承受張力的纜索的松馳與張這類非線性特性是隨狀態(tài)變化的，例如，只能承受張力的纜索的松馳與張緊；滾輪與支撐的接觸與脫開；凍土的凍結(jié)與解凍。隨著它們狀態(tài)的變化緊；滾輪與支撐的接觸與脫開；凍土的凍結(jié)與解凍。隨著它們狀態(tài)的變化，它們的剛度在不同值之間顯著變化。，它們的剛度在不同值之間顯著變化。B-14靜力求解能否滿足你的分析要求？如果不能，應(yīng)當(dāng)進行那種動力分析？動力分析的靜力求解能否滿足你的分析要求？如果不能，應(yīng)當(dāng)進行那種動力分析？動力分析的所有

12、載荷都是隨時間變化的，但在許多情況下動力影響可以忽略不計。所有載荷都是隨時間變化的，但在許多情況下動力影響可以忽略不計。.一般情況下，激勵頻率低于結(jié)構(gòu)最小固有頻率的一般情況下，激勵頻率低于結(jié)構(gòu)最小固有頻率的1/31/3時靜力求解就足夠時靜力求解就足夠了。了。.慣性力是動力問題不同于靜力問題的關(guān)鍵之處慣性力是動力問題不同于靜力問題的關(guān)鍵之處。準(zhǔn)則準(zhǔn)則B-15在建立分析模型之前必須制訂好建模方案：在建立分析模型之前必須制訂好建模方案： 必須考慮那些細節(jié)問題？必須考慮那些細節(jié)問題？ 對稱對稱/ /反對稱反對稱/ /軸對稱？軸對稱？ 模型中存在應(yīng)力奇異？模型中存在應(yīng)力奇異？ 選用那種類型的單元？選用那

13、種類型的單元？.線單元線單元.殼單元殼單元.X XY Y平面單元平面單元-平面應(yīng)力或應(yīng)變單元平面應(yīng)力或應(yīng)變單元-軸對稱單元軸對稱單元-諧單元諧單元.實體單元實體單元.專用單元專用單元.線性單元線性單元/ /高階單元高階單元/ /P P單元單元.四邊形單元四邊形單元/ /三角形單元，塊單元三角形單元，塊單元/ /四面體單元四面體單元B-16.對于分析不重要的細節(jié)不應(yīng)當(dāng)對于分析不重要的細節(jié)不應(yīng)當(dāng)包含在分析模型中。當(dāng)從包含在分析模型中。當(dāng)從CADCAD系統(tǒng)傳一個模型到系統(tǒng)傳一個模型到 ANSYSANSYS程序程序中時往往可以作大量的簡化處中時往往可以作大量的簡化處理。理。.然而，諸如倒角或孔等細節(jié)可

14、然而，諸如倒角或孔等細節(jié)可以是最大應(yīng)力出現(xiàn)的位置，這以是最大應(yīng)力出現(xiàn)的位置，這些細節(jié)對于你的分析目的是十些細節(jié)對于你的分析目的是十分重要的。分重要的。帶倒角帶倒角不帶倒角不帶倒角準(zhǔn)則準(zhǔn)則B-17對稱對稱 當(dāng)物理系統(tǒng)的形狀、材料和載荷具有對稱性時，就可以只對實際結(jié)當(dāng)物理系統(tǒng)的形狀、材料和載荷具有對稱性時，就可以只對實際結(jié)構(gòu)中具有構(gòu)中具有代表性代表性的部分或截面進行建模分析，再將結(jié)果映射到整個模型上的部分或截面進行建模分析，再將結(jié)果映射到整個模型上，就能獲得，就能獲得相同精度的結(jié)果相同精度的結(jié)果。物理系統(tǒng)對稱分析要求具有以下對稱性條件：物理系統(tǒng)對稱分析要求具有以下對稱性條件： 幾何結(jié)構(gòu)對稱幾何結(jié)構(gòu)

15、對稱 材料特性對稱材料特性對稱 具有零位移約束具有零位移約束 存在非零位移約束存在非零位移約束定義定義B-18對稱類型對稱類型軸對稱軸對稱即繞某一軸線存在對稱性即繞某一軸線存在對稱性，這類結(jié)構(gòu)如：電燈泡，直管，這類結(jié)構(gòu)如：電燈泡，直管，圓錐體，圓盤和圓屋頂。對稱面圓錐體，圓盤和圓屋頂。對稱面就是旋轉(zhuǎn)形成結(jié)構(gòu)的橫截面，它就是旋轉(zhuǎn)形成結(jié)構(gòu)的橫截面，它可以在任何位置。大多數(shù)軸對稱可以在任何位置。大多數(shù)軸對稱分析求解必須假定非零約束（邊分析求解必須假定非零約束（邊界），集中力、壓力和體截荷均界），集中力、壓力和體截荷均具有軸對稱。然而，如果截荷不具有軸對稱。然而，如果截荷不存在軸對稱性，并且是線性分析

16、存在軸對稱性，并且是線性分析，可以將截荷分成簡諧成分，進，可以將截荷分成簡諧成分，進行獨立求解（然后進行疊加）行獨立求解（然后進行疊加）。定義定義B-19對稱類型對稱類型(續(xù)續(xù))旋轉(zhuǎn)對稱旋轉(zhuǎn)對稱即結(jié)構(gòu)由繞軸分布的幾個即結(jié)構(gòu)由繞軸分布的幾個重復(fù)部分組成，諸如渦輪葉片這類重復(fù)部分組成，諸如渦輪葉片這類物體。大多數(shù)旋轉(zhuǎn)對稱分析求解要物體。大多數(shù)旋轉(zhuǎn)對稱分析求解要求非零位移約束（邊界），集中力求非零位移約束（邊界），集中力、壓力和體載荷應(yīng)具有對稱性。然、壓力和體載荷應(yīng)具有對稱性。然而，如果載荷不對稱分布，并且如而，如果載荷不對稱分布，并且如果是線性分析，它們可以利用果是線性分析，它們可以利用周期周期對

17、稱對稱求解求解。定義定義B-20對稱類型對稱類型(續(xù)續(xù))平面平面 或或 鏡面對稱鏡面對稱即結(jié)構(gòu)的一半與即結(jié)構(gòu)的一半與另一半成鏡面映射關(guān)系，對稱位置另一半成鏡面映射關(guān)系，對稱位置（鏡面）稱為對稱平面。大多數(shù)平（鏡面）稱為對稱平面。大多數(shù)平面對稱分析求解要求非零位移約束面對稱分析求解要求非零位移約束（邊界），集中力、壓力和體力應(yīng)（邊界），集中力、壓力和體力應(yīng)當(dāng)對稱。但是，如果這些載荷不對當(dāng)對稱。但是，如果這些載荷不對稱，并且是線性分析，它們可以分稱，并且是線性分析，它們可以分成成對稱對稱或或反對稱反對稱問題進行獨立求解問題進行獨立求解。定義定義該圖顯示了鏡面對稱和旋轉(zhuǎn)對稱該圖顯示了鏡面對稱和旋轉(zhuǎn)對

18、稱B-21對稱類型對稱類型(續(xù)續(xù))重復(fù)重復(fù) 或或 平移對稱平移對稱即結(jié)構(gòu)是由即結(jié)構(gòu)是由沿一直線分布的重復(fù)部分組沿一直線分布的重復(fù)部分組成，諸如帶有均勻分布冷卻成，諸如帶有均勻分布冷卻節(jié)的長管等結(jié)構(gòu)。該對稱要節(jié)的長管等結(jié)構(gòu)。該對稱要求非零位移約束，集中力、求非零位移約束，集中力、壓力和體載荷應(yīng)具有對稱性壓力和體載荷應(yīng)具有對稱性。一個結(jié)構(gòu)可能由多個對稱平面，這樣就可以利用對稱性建立一個很小的等效分析模型。一個結(jié)構(gòu)可能由多個對稱平面，這樣就可以利用對稱性建立一個很小的等效分析模型。定義定義 圖示模型具有鏡面對稱圖示模型具有鏡面對稱 (2X) 和和 重復(fù)對稱重復(fù)對稱B-22.在實際當(dāng)中，可以利用對稱模

19、型進行分析能獲得在實際當(dāng)中，可以利用對稱模型進行分析能獲得更好的分更好的分析結(jié)果析結(jié)果，因為可以建立更精確、綜合考慮各細節(jié)的模型。，因為可以建立更精確、綜合考慮各細節(jié)的模型。這里有一個真實的軸對稱（這里有一個真實的軸對稱（3 3D D）模型。模型。準(zhǔn)則準(zhǔn)則B-23.在某些情況下，僅僅是那些較次要的結(jié)在某些情況下，僅僅是那些較次要的結(jié)構(gòu)細節(jié)破壞了結(jié)構(gòu)對稱性。有時，這些構(gòu)細節(jié)破壞了結(jié)構(gòu)對稱性。有時，這些細節(jié)可以忽略細節(jié)可以忽略（或認為它們是對稱的）（或認為它們是對稱的），進而利用對稱性的優(yōu)點建立更小的分，進而利用對稱性的優(yōu)點建立更小的分析模型。這樣計算獲得結(jié)果的精度損失析模型。這樣計算獲得結(jié)果的精

20、度損失是很難估計的。是很難估計的。B-24應(yīng)力奇異應(yīng)力奇異 是有限元模型中由于幾何構(gòu)造或載荷引起彈性理論計算應(yīng)力值無是有限元模型中由于幾何構(gòu)造或載荷引起彈性理論計算應(yīng)力值無限大。即使是奇異點，材料的非線性特性不可能允許應(yīng)力值出現(xiàn)無限增大情限大。即使是奇異點，材料的非線性特性不可能允許應(yīng)力值出現(xiàn)無限增大情況，在理論上總體應(yīng)變也是有限的（許多設(shè)計準(zhǔn)則都是根據(jù)應(yīng)力制訂的，例況，在理論上總體應(yīng)變也是有限的（許多設(shè)計準(zhǔn)則都是根據(jù)應(yīng)力制訂的，例如設(shè)計疲勞曲線，但實際上是基于應(yīng)變制訂的）。如設(shè)計疲勞曲線，但實際上是基于應(yīng)變制訂的）。在應(yīng)力奇異處在應(yīng)力奇異處:.單元網(wǎng)格越是細化，越引起計算應(yīng)力無限增加，并且不

21、再收斂。單元網(wǎng)格越是細化，越引起計算應(yīng)力無限增加，并且不再收斂。.網(wǎng)格疏密不均勻時網(wǎng)格離散誤差也大小不一（自適應(yīng)網(wǎng)格劃分結(jié)果是失敗的或者網(wǎng)格疏密不均勻時網(wǎng)格離散誤差也大小不一（自適應(yīng)網(wǎng)格劃分結(jié)果是失敗的或者網(wǎng)格錯誤）。網(wǎng)格錯誤）。定義定義B-25P P/AAs A 0,高效率建模技術(shù)高效率建模技術(shù) - 應(yīng)力奇異應(yīng)力奇異B-26一般應(yīng)力奇異發(fā)生情形：一般應(yīng)力奇異發(fā)生情形：.添加在節(jié)點上的集中載荷（集中力添加在節(jié)點上的集中載荷（集中力）與施加在與該節(jié)點相連單元上的）與施加在與該節(jié)點相連單元上的均布或變化的面載荷（壓力）等相均布或變化的面載荷（壓力）等相當(dāng)?shù)脑?，這些節(jié)點處就成為應(yīng)力奇當(dāng)?shù)脑挘@些節(jié)點

22、處就成為應(yīng)力奇異點。異點。.離散約束點導(dǎo)致非零反力的出現(xiàn)，離散約束點導(dǎo)致非零反力的出現(xiàn)，就如同在節(jié)點上施加一集中力，這就如同在節(jié)點上施加一集中力，這時約束點也就成為應(yīng)力奇異點。時約束點也就成為應(yīng)力奇異點。.銳利（零半徑倒角）拐角處。銳利（零半徑倒角）拐角處。不常見的應(yīng)力奇異情形：不常見的應(yīng)力奇異情形：.由于在劃分單元網(wǎng)格時出錯，模型由于在劃分單元網(wǎng)格時出錯，模型中存在的中存在的“裂縫裂縫”。.曲邊單元中處在極不理想位置的中曲邊單元中處在極不理想位置的中間點（間點（ANSYSANSYS單元形狀檢查會發(fā)出警單元形狀檢查會發(fā)出警告）。告）。.嚴(yán)重扭曲的單元（嚴(yán)重扭曲的單元（ ANSYSANSYS單元

23、形狀單元形狀檢查會發(fā)出警告）。檢查會發(fā)出警告）。B-27實際結(jié)構(gòu)中并不存在應(yīng)力奇異點實際結(jié)構(gòu)中并不存在應(yīng)力奇異點 它們是由于工程分析過程進行簡它們是由于工程分析過程進行簡化處理而引起的。沒有任何制造出來的部件是具有非常銳利的零半徑的化處理而引起的。沒有任何制造出來的部件是具有非常銳利的零半徑的倒角，所有載荷都是通過有限大小的壓力面來添加或傳遞到真實部件上倒角，所有載荷都是通過有限大小的壓力面來添加或傳遞到真實部件上去的。去的。.好的有限元模型仍然可能存在應(yīng)力奇異，但分析者必須知道應(yīng)力異附近好的有限元模型仍然可能存在應(yīng)力奇異，但分析者必須知道應(yīng)力異附近區(qū)域的應(yīng)變和應(yīng)力是無效的。區(qū)域的應(yīng)變和應(yīng)力是

24、無效的。FEAFEA模型還可以給出結(jié)構(gòu)承載響應(yīng)（甚至是模型還可以給出結(jié)構(gòu)承載響應(yīng)（甚至是應(yīng)力奇異點鄰近區(qū)域）的其它許多有用信息。應(yīng)力奇異點鄰近區(qū)域）的其它許多有用信息。準(zhǔn)則準(zhǔn)則B-28. .常用單元的形狀常用單元的形狀點點 (質(zhì)量質(zhì)量)線線(彈簧，梁，桿，間隙彈簧，梁，桿，間隙)面面 (薄殼薄殼, 二維實體二維實體,軸對稱實體軸對稱實體)線性線性二次二次體體(三維實體三維實體)線性線性二次二次. . . . .B-29在單元手冊在單元手冊(資料或在線幫助資料或在線幫助)中，中，ANSYS單元庫有單元庫有100多種單元類型，其中許多多種單元類型，其中許多單元具有好幾種可選擇特性來勝任不同的功能。

25、你要做的工作就是將單元的選單元具有好幾種可選擇特性來勝任不同的功能。你要做的工作就是將單元的選擇范圍縮小到少數(shù)幾個單元上。擇范圍縮小到少數(shù)幾個單元上。具體單元名稱具體單元名稱單元圖示單元圖示ANSYS 單元名稱單元名稱單元特性單元特性(類別類別, 編號編號)B-30準(zhǔn)則準(zhǔn)則 在結(jié)構(gòu)分析中，結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)決定單元類型的選擇。在結(jié)構(gòu)分析中，結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)決定單元類型的選擇。 選擇維數(shù)最低的單元去獲得預(yù)期的結(jié)果選擇維數(shù)最低的單元去獲得預(yù)期的結(jié)果 (盡量做到能選擇點而盡量做到能選擇點而不選擇線不選擇線，能選擇線而不選擇平面，能選擇平面而不選擇殼能選擇線而不選擇平面，能選擇平面而不選擇殼，能選擇殼而不選

26、擇三維實體，能選擇殼而不選擇三維實體). 對于復(fù)雜結(jié)構(gòu)，應(yīng)當(dāng)考慮建立兩個或者更多的不同復(fù)雜程度對于復(fù)雜結(jié)構(gòu)，應(yīng)當(dāng)考慮建立兩個或者更多的不同復(fù)雜程度的模型。你可以建立簡單模型，對結(jié)構(gòu)承載狀態(tài)或采用不同的模型。你可以建立簡單模型，對結(jié)構(gòu)承載狀態(tài)或采用不同分析選項作實驗性探討。分析選項作實驗性探討。B-31主要單元類型舉例主要單元類型舉例 線單元線單元:Beam(梁梁)單元是用于螺栓單元是用于螺栓(桿桿)，薄，薄壁管件，壁管件，C形截面構(gòu)件，角鋼或者形截面構(gòu)件，角鋼或者狹長薄膜構(gòu)件狹長薄膜構(gòu)件(只有膜應(yīng)力和彎應(yīng)只有膜應(yīng)力和彎應(yīng)力的情況力的情況)等模型。等模型。Spar (桿桿)單元是用于彈簧，螺桿，

27、單元是用于彈簧，螺桿，預(yù)應(yīng)力螺桿和薄膜桁架等模型預(yù)應(yīng)力螺桿和薄膜桁架等模型。Spring 單元是用于彈簧，螺桿，單元是用于彈簧，螺桿，或細長構(gòu)件，或或細長構(gòu)件，或 通過剛度等效替通過剛度等效替代復(fù)雜結(jié)構(gòu)等模型代復(fù)雜結(jié)構(gòu)等模型。B-32主要單元類型舉例主要單元類型舉例 殼單元殼單元:Shell (殼殼)單元用于薄面板單元用于薄面板或曲面模型?；蚯婺Ｐ?。殼單元分析應(yīng)用的基本原則殼單元分析應(yīng)用的基本原則是每塊面板的主尺寸不低于是每塊面板的主尺寸不低于其厚度的其厚度的10倍。倍。準(zhǔn)則準(zhǔn)則B-33主要單元類型舉例主要單元類型舉例 X-Y 平面單元平面單元: 在整體笛卡爾在整體笛卡爾X-Y平面內(nèi)（模型必

28、須建在此面內(nèi)），有幾種類型平面內(nèi)（模型必須建在此面內(nèi)），有幾種類型的的ANSYS單元可以選用。單元可以選用。其中任何一種單元類型只允許有平面應(yīng)力其中任何一種單元類型只允許有平面應(yīng)力、平面應(yīng)變、平面應(yīng)變 、軸對稱、和軸對稱、和/或者諧結(jié)構(gòu)特性?；蛘咧C結(jié)構(gòu)特性。 平面應(yīng)力或應(yīng)變平面應(yīng)力或應(yīng)變:OKNJMPLIIJK,L,OPNMTriangular OptionY(or Axial)X (or Radial)B-34主要單元類型舉例主要單元類型舉例平面應(yīng)力平面應(yīng)力 假定在假定在Z方向上的應(yīng)力為零方向上的應(yīng)力為零，主要有以下特點：，主要有以下特點：4 當(dāng)當(dāng)Z方向上的幾何尺寸遠遠小于方向上的幾何尺寸遠

29、遠小于X和和Y方向方向上的尺寸才有效。上的尺寸才有效。4 所有的載荷均作用在所有的載荷均作用在XY平面內(nèi)。平面內(nèi)。4 在在Z方向上存在應(yīng)變。方向上存在應(yīng)變。4 運動只在運動只在XY平面內(nèi)發(fā)生。平面內(nèi)發(fā)生。4 允許具有任意厚度允許具有任意厚度 (Z方向上方向上) 。平面應(yīng)力平面應(yīng)力 分析是用來分析諸如承分析是用來分析諸如承受面內(nèi)載荷的平板、承受壓力或遠受面內(nèi)載荷的平板、承受壓力或遠離中心載荷的薄圓盤等結(jié)構(gòu)。離中心載荷的薄圓盤等結(jié)構(gòu)。B-35主要單元類型舉例主要單元類型舉例平面應(yīng)變平面應(yīng)變 假定在假定在Z方向的應(yīng)變?yōu)榱悖较虻膽?yīng)變?yōu)榱?，主要具有以下特點：主要具有以下特點：4 當(dāng)當(dāng)Z方向上的幾何尺寸

30、遠遠大于方向上的幾何尺寸遠遠大于X和和Y方向方向上的尺寸才有效。上的尺寸才有效。4 所有的載荷均作用在所有的載荷均作用在XY平面內(nèi)。平面內(nèi)。4 在在Z方向上存在應(yīng)力。方向上存在應(yīng)力。4 運動只在運動只在XY平面內(nèi)發(fā)生。平面內(nèi)發(fā)生。平面應(yīng)變分析平面應(yīng)變分析是用于分析那種一個方是用于分析那種一個方向的尺寸（指定為總體向的尺寸（指定為總體Z方向）遠遠大方向）遠遠大于其它兩個方向的尺寸，并且垂直于于其它兩個方向的尺寸，并且垂直于Z軸的橫截面是不變的。軸的橫截面是不變的。B-36主要單元類型舉例主要單元類型舉例軸對稱軸對稱 假定三維實體模型是由假定三維實體模型是由XY面內(nèi)面內(nèi)的橫截面繞的橫截面繞Y軸旋轉(zhuǎn)

31、軸旋轉(zhuǎn)360o 形成的（管形成的（管，錐體，圓板，錐體，圓板, 圓頂蓋，圓盤等）。圓頂蓋，圓盤等）。4 對稱軸必須和整體對稱軸必須和整體 Y 軸重合。軸重合。4 不允許有負不允許有負 X 坐標(biāo)。坐標(biāo)。4 Y 方向是軸向，方向是軸向，X方向是徑向，方向是徑向， Z方向是周向方向是周向 (hoop) 。4 周向位移是零；周向應(yīng)變和應(yīng)力十周向位移是零；周向應(yīng)變和應(yīng)力十分明顯。分明顯。4 只能承受軸向載荷（所有載荷）。只能承受軸向載荷（所有載荷）。HoopB-37主要單元類型舉例主要單元類型舉例諧單元諧單元 將軸對稱結(jié)構(gòu)承受的非將軸對稱結(jié)構(gòu)承受的非軸對稱載荷分解成傅立葉級數(shù)軸對稱載荷分解成傅立葉級數(shù)。

32、傅立葉級數(shù)的每一部分獨立。傅立葉級數(shù)的每一部分獨立進行求解，然后根據(jù)再合并到進行求解，然后根據(jù)再合并到一起一起。諧單元較常用于單一受扭或受諧單元較常用于單一受扭或受彎的分析求解彎的分析求解，其中受扭和受其中受扭和受彎對應(yīng)于傅立葉級數(shù)的第彎對應(yīng)于傅立葉級數(shù)的第1和第和第2項。這種簡化處理本身不具有項。這種簡化處理本身不具有任何近似性！任何近似性！單元坐標(biāo)系單元坐標(biāo)系 (顯示的是顯示的是 KEYOPT(1)=0情形情形)OKJMPLIIJK,L,OPNMTriangular OptionyxNY(Axial)X (Radial)B-38主要單元類型舉例主要單元類型舉例諧單元諧單元 - 舉例：舉例：

33、 假定一承受剪力，假定一承受剪力，彎矩，和彎矩，和/或者扭矩的軸或者扭矩的軸。軸上的扭矩以傅立葉級數(shù)的一項施加到軸上軸上的扭矩以傅立葉級數(shù)的一項施加到軸上。這時，除了扭矩外，事實上是這時，除了扭矩外，事實上是一般的軸對稱問題一般的軸對稱問題。彎矩和橫向剪力可以分別作為傅立葉級數(shù)的其它兩項施加到軸上彎矩和橫向剪力可以分別作為傅立葉級數(shù)的其它兩項施加到軸上。諧單元還可以用于實際當(dāng)中的任意循環(huán)分布載荷諧單元還可以用于實際當(dāng)中的任意循環(huán)分布載荷，這可能需要分解成這可能需要分解成50-100項傅立葉級數(shù)才能得到滿意的結(jié)果。項傅立葉級數(shù)才能得到滿意的結(jié)果。MVTB-39主要單元類型舉例主要單元類型舉例 三

34、維實體單元三維實體單元:用于那些由于幾何、材料用于那些由于幾何、材料、載荷或分析結(jié)果要求考、載荷或分析結(jié)果要求考慮的細節(jié)等原因造成無法慮的細節(jié)等原因造成無法采用更簡單單元進行建模采用更簡單單元進行建模的結(jié)構(gòu)。的結(jié)構(gòu)。四面體模型使用四面體模型使用CAD建模建模往往比使用專業(yè)的往往比使用專業(yè)的FEA分分析建模更容易，也偶爾得析建模更容易，也偶爾得到使用。到使用。KRLQOPMNJIXYZTetrahedron meshBrick meshB-40主要單元類型舉例主要單元類型舉例 專用單元專用單元:專用單元專用單元 包括包括接觸接觸單元單元 - 用于構(gòu)件用于構(gòu)件間存在接觸面的結(jié)構(gòu)建模間存在接觸面的結(jié)

35、構(gòu)建模，如渦輪如渦輪盤和葉片，螺栓頭部和法蘭，電觸盤和葉片，螺栓頭部和法蘭，電觸頭，以及頭，以及O-圈等等。圈等等。 做好接觸分析要求有這方面的知識做好接觸分析要求有這方面的知識和經(jīng)驗和經(jīng)驗。JIGAPM or M/2CXYZFSLIDEK1K2M or M/2B-41其它可供選擇的單元類型其它可供選擇的單元類型 線性單元線性單元 / 二次單元二次單元 / p單元單元: 一旦你決定采用平面、三維殼或者一旦你決定采用平面、三維殼或者三維實體單元，還需要進一步?jīng)Q定采用三維實體單元，還需要進一步?jīng)Q定采用線性、四邊形或線性、四邊形或P單元。單元。 線性單元和高線性單元和高階單元之間明顯的差別是線性單元

36、只存階單元之間明顯的差別是線性單元只存在在 “角節(jié)點角節(jié)點”，而高階單元還存在而高階單元還存在 “中中節(jié)點節(jié)點”。下面還提到一些差別。下面還提到一些差別。線性單元內(nèi)線性單元內(nèi)的位移按線性變化，的位移按線性變化，因此因此(大多數(shù)時大多數(shù)時)單個單元上的應(yīng)單個單元上的應(yīng)力狀態(tài)是不變的。力狀態(tài)是不變的。二次單元內(nèi)二次單元內(nèi)的位移是二階變化的的位移是二階變化的，因此單個單元上的應(yīng)力狀態(tài)是，因此單個單元上的應(yīng)力狀態(tài)是線性變化的。線性變化的。 p單元內(nèi)單元內(nèi)的位移是從的位移是從2階到階到 8階變階變化的，而且具有求解收斂自動控化的，而且具有求解收斂自動控制功能，自動各位置上分析應(yīng)當(dāng)制功能，自動各位置上分析

37、應(yīng)當(dāng)采用的階數(shù)采用的階數(shù)。B-42其它可供選擇的單元類型其它可供選擇的單元類型 其它其它 .我們有必要講述一下我們有必要講述一下ANSYS中各線性概念之間的區(qū)別中各線性概念之間的區(qū)別。 線性分析線性分析 是指不包含任何非線性影響是指不包含任何非線性影響(如：大變形，塑性，或者接觸如：大變形，塑性，或者接觸)。 線性方程線性方程 求解器求解器 是指是指 方程組解就是結(jié)構(gòu)的自由度解。即使是非線性分析方程組解就是結(jié)構(gòu)的自由度解。即使是非線性分析，這些方程還是線性的，這些方程還是線性的 (但必須進行多次求解但必須進行多次求解)。 線性單元線性單元 假定單元內(nèi)的自由度按線性變化假定單元內(nèi)的自由度按線性變

38、化 (跟二次單元跟二次單元, 三次單元三次單元, 或或 p單單元相比元相比)。B-43其它可供選擇的單元類型其它可供選擇的單元類型 線性單元線性單元 / 二次單元二次單元 / p單元單元(續(xù)續(xù)): 在許多情況下，同線性單元相比，采用更高階類在許多情況下，同線性單元相比，采用更高階類型的單元進行少量的計算就可以得到更好的計算結(jié)果。下面是根據(jù)不同分析目的進型的單元進行少量的計算就可以得到更好的計算結(jié)果。下面是根據(jù)不同分析目的進行單元選擇的情況。行單元選擇的情況。ObjectiveLinear elementsQuadratic elementsp-elements(linear structura

39、lanalysis only)Highly accuratestresses,ortemperatures with highgradientsFiner mesh, higher #dofrequired for sameaccuracy compared toquadratic or pAlmost always allowcoarser mesh, lower#dof than linearAllow much coarsermesh for sameaccuracy- solution timemay be quadraticDeflections, nominalstresses,

40、ortemperatures- mildgradientsNot usually a problemunless mesh is verycoarseShould allow coarsermesh, lower #dof thanlinearAny mesh representingthe geometry willalmost always be OKB-44其它可供選擇的單元類型其它可供選擇的單元類型線性單元線性單元 / 二次單元二次單元 / p單元單元(續(xù)續(xù)): 再進行單元選擇時應(yīng)考慮再進行單元選擇時應(yīng)考慮的其它因素。的其它因素。線性單元的扭曲變形可能線性單元的扭曲變形可能引起精度損失

41、。更高階單引起精度損失。更高階單元對這種扭曲變形不敏感元對這種扭曲變形不敏感。就求解的精度的差別講，就求解的精度的差別講，線性單元和二次單元網(wǎng)格線性單元和二次單元網(wǎng)格之間的差別遠沒有平面單之間的差別遠沒有平面單元和三維實體單元網(wǎng)格之元和三維實體單元網(wǎng)格之間的差別那么驚人之大。間的差別那么驚人之大。你可能更喜歡使用線性你可能更喜歡使用線性(平平)殼單元。殼單元。高度扭曲的二次情形高度扭曲的二次情形 (非平行對邊非平行對邊)B-45其它可供選擇的單元類型其它可供選擇的單元類型 線性單元線性單元 / 二次單元二次單元 / p單元單元(續(xù)續(xù)): 大多數(shù)二次單元允許忽略部大多數(shù)二次單元允許忽略部分或所有

42、邊的中節(jié)點分或所有邊的中節(jié)點 - 但是但是，在沒有中節(jié)點的邊上，你，在沒有中節(jié)點的邊上，你只能得到線性結(jié)果只能得到線性結(jié)果。如果所如果所有中節(jié)點均不存在，該單元有中節(jié)點均不存在，該單元就變成了線性單元，計算精就變成了線性單元，計算精度也隨之降低度也隨之降低 (由于轉(zhuǎn)化成由于轉(zhuǎn)化成線性單元的二次單元和塊單線性單元的二次單元和塊單元具有元具有“不相容的位移模式不相容的位移模式”，并引起單元彎曲，并引起單元彎曲)。B-46其它可供選擇的單元類型其它可供選擇的單元類型線性單元線性單元 / 二次單元二次單元 / p單元單元(續(xù)續(xù)):更高階的單元模擬曲面的精度就越高更高階的單元模擬曲面的精度就越高。低階單

43、元低階單元更高階單元更高階單元B-47其它可供選擇的單元類型其它可供選擇的單元類型 線性單元線性單元 / 二次單元二次單元 / p單元單元(續(xù)續(xù)): 采用越來越高階的單元，給曲線結(jié)構(gòu)劃分越來越稀疏的單元網(wǎng)格，采用越來越高階的單元，給曲線結(jié)構(gòu)劃分越來越稀疏的單元網(wǎng)格，ANSYS開始向你發(fā)出警告，甚至發(fā)出由于單元扭曲變形超過單元允開始向你發(fā)出警告，甚至發(fā)出由于單元扭曲變形超過單元允許范圍而引起網(wǎng)格劃分失敗的信息。其原因是，許范圍而引起網(wǎng)格劃分失敗的信息。其原因是，由于模型表面單元由于模型表面單元的彎曲程度過大，使部分中節(jié)點偏離了自身位置的彎曲程度過大，使部分中節(jié)點偏離了自身位置， 最終決定了你能最

44、終決定了你能劃分單元網(wǎng)格的稀疏程度劃分單元網(wǎng)格的稀疏程度。同其它軟件一樣，同其它軟件一樣，ANSYS程序允許用更程序允許用更高階的直邊單元劃分網(wǎng)格高階的直邊單元劃分網(wǎng)格 (降低了實際幾何模型的精度降低了實際幾何模型的精度，特別是對于特別是對于p單元而言，通常極不理想單元而言，通常極不理想)，也允許用不帶中節(jié)點的更高階單元劃也允許用不帶中節(jié)點的更高階單元劃分單元網(wǎng)格分單元網(wǎng)格 (即降低了幾何模型的精度，又降低了單元精度，所以在即降低了幾何模型的精度，又降低了單元精度，所以在通常情況下更不理想通常情況下更不理想)。所以，一般建議采用盡可能稀疏的單元網(wǎng)格。所以，一般建議采用盡可能稀疏的單元網(wǎng)格，而又

45、不至于出現(xiàn)形狀檢查警告，而又不至于出現(xiàn)形狀檢查警告。B-48其它可供選擇的單元類型其它可供選擇的單元類型 線性單元線性單元 / 二次單元二次單元 / p單元單元(續(xù)續(xù)): 你不能將接觸單元同具有中節(jié)點的單元連起來你不能將接觸單元同具有中節(jié)點的單元連起來 ( 僅對于節(jié)點僅對于節(jié)點-節(jié)點和節(jié)點節(jié)點和節(jié)點-面接觸面接觸單元而言單元而言- 對于面對于面-面接觸單元則是允許的面接觸單元則是允許的)。類似地，在熱分析問題中，類似地，在熱分析問題中， 你不能你不能將輻射將輻射link單元或者非線性對流表面添加到具有中節(jié)點的單元上單元或者非線性對流表面添加到具有中節(jié)點的單元上。(ANSYS 提供提供了多種劃分

46、必須忽略中節(jié)點的單元網(wǎng)格的方法了多種劃分必須忽略中節(jié)點的單元網(wǎng)格的方法)。 (不建議不建議) (建議建議) 在非線性材料特性區(qū)域內(nèi)，二次單元并不比線性單元更有效。在非線性材料特性區(qū)域內(nèi)，二次單元并不比線性單元更有效。B-49其它可供選擇的單元類型其它可供選擇的單元類型 四邊形單元四邊形單元 / 三角形單元，塊單元三角形單元，塊單元 / 四面體單元四面體單元:針對平面或者三維殼體分析模型而言，四邊形單元和三角形單元是有差別的，下表針對平面或者三維殼體分析模型而言，四邊形單元和三角形單元是有差別的，下表列出了這些差異。列出了這些差異。FactorQuadrilateralsTrianglesQua

47、lity of resultsExcellent for high order quads,good for near parallelogram linearquads,poor for non-parallelogram linearquadsExcellent for high ordertriangles,very poor for linear trianglesMesh generation method(s)Unstructured (“free”) mesh ofquads is possible for any area, butmay contain a few trian

48、glesStructured mesh of quads ispossible in 3 or 4-sided areas onlyUnstructured (“free”) mesh oftriangles is possible for anyareaB-50其它可供選擇的單元類型其它可供選擇的單元類型 四邊形單元四邊形單元 / 三角形單元，塊單元三角形單元，塊單元 / 四面體單元四面體單元(續(xù)續(xù)): 全部采用三角形單元網(wǎng)格的理由是相當(dāng)少的。給面進行單元網(wǎng)格劃全部采用三角形單元網(wǎng)格的理由是相當(dāng)少的。給面進行單元網(wǎng)格劃分的實質(zhì)問題是，你是否允許模型中存在一些三角形單元網(wǎng)格。實分的實質(zhì)問題是，

49、你是否允許模型中存在一些三角形單元網(wǎng)格。實際上，各處存在三角形單元會相當(dāng)麻煩，但是應(yīng)當(dāng)仔細思考下列問際上，各處存在三角形單元會相當(dāng)麻煩，但是應(yīng)當(dāng)仔細思考下列問題題: 如果采用更高階單元，三角形單元的計算精度接近于二次單元。如果采用更高階單元，三角形單元的計算精度接近于二次單元。所以，全部采用二次單元網(wǎng)格也是沒有什么理由的。所以，全部采用二次單元網(wǎng)格也是沒有什么理由的。 如果你采用線性單元，三角形單元就十分糟糕如果你采用線性單元，三角形單元就十分糟糕- 但是，不這樣會但是，不這樣會使四邊形單元網(wǎng)格扭曲。除了多數(shù)不重要的結(jié)構(gòu)外，任何四邊形使四邊形單元網(wǎng)格扭曲。除了多數(shù)不重要的結(jié)構(gòu)外，任何四邊形單元

50、網(wǎng)格單元網(wǎng)格(結(jié)構(gòu)的或者非結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)的或者非結(jié)構(gòu)的)不得不包含部分形狀糟糕的三角不得不包含部分形狀糟糕的三角形單元網(wǎng)格形單元網(wǎng)格 。所以，還是沒有理由全部采用四邊形單元。所以，還是沒有理由全部采用四邊形單元。B-51其它可供選擇的單元類型其它可供選擇的單元類型 四邊形單元四邊形單元 / 三角形單元，塊單元三角形單元，塊單元 / 四面體單元四面體單元(續(xù)續(xù)): 對三維實體分析模型而言，塊單元和四面體單元是有差別的，下表列出了這些對三維實體分析模型而言，塊單元和四面體單元是有差別的，下表列出了這些差異。差異。FactorBricks (Hexahedra)TetrahedraQ uality of resultsper degree of freedomExcellent for high order bricks,good for near parallelepipedlinear bricks,poor for non-parallelepipedlinear bricksVery good for high order tetrahedra,very