高效率建模方法-單元種類課件

......高效率建模方法-單元種類常用單元的形狀點(diǎn)(質(zhì)量)線(彈簧，梁，桿，間隙)面(薄殼,二維實(shí)體,軸對(duì)稱實(shí)體)線性二次體(三維實(shí)體)線性二次................................June3,199629......高效率建模方法-單元種類常用單元的形狀點(diǎn)(高效率建模方法-單元種類(續(xù))在單元手冊(cè)(資料或在線幫助)中，ANSYS單元庫(kù)有100多種單元類型，其中許多單元具有好幾種可選擇特性來(lái)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(gè)單元上。具體單元名稱單元圖示ANSYS單元名稱單元特性(類別,編號(hào))

中國(guó)最大的資料庫(kù)下載June3,199630高效率建模方法-單元種類(續(xù))在單元手冊(cè)(資料或在線幫助準(zhǔn)則高效率建模方法-單元種類(續(xù))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(盡量做到能選擇點(diǎn)而不選擇線，能選擇線而不選擇平面，能選擇平面而不選擇殼，能選擇殼而不選擇三維實(shí)體).對(duì)于復(fù)雜結(jié)構(gòu)，應(yīng)當(dāng)考慮建立兩個(gè)或者更多的不同復(fù)雜程度的模型。你可以建立簡(jiǎn)單模型，對(duì)結(jié)構(gòu)承載狀態(tài)或采用不同分析選項(xiàng)作實(shí)驗(yàn)性探討。June3,199631準(zhǔn)則高效率建模方法-單元種類(續(xù))在結(jié)構(gòu)分析中，結(jié)構(gòu)的應(yīng)高效率建模方法-單元種類(續(xù))主要單元類型舉例

線單元:Beam(梁)單元是用于螺栓(桿)，薄壁管件，C形截面構(gòu)件，角鋼或者狹長(zhǎng)薄膜構(gòu)件(只有膜應(yīng)力和彎應(yīng)力的情況)等模型。Spar(桿)單元是用于彈簧，螺桿，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，或細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件，或

通過(guò)剛度等效替代復(fù)雜結(jié)構(gòu)等模型。June3,199632高效率建模方法-單元種類(續(xù))主要單元類型舉例 線單元高效率建模方法-單元種類(續(xù))主要單元類型舉例

殼單元:Shell

(殼)單元用于薄面板或曲面模型。

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其厚度的10倍。準(zhǔn)則June3,199633高效率建模方法-單元種類(續(xù))主要單元類型舉例 殼單元高效率建模方法-單元種類(續(xù))主要單元類型舉例

X-Y平面單元:在整體笛卡爾X-Y平面內(nèi)（模型必須建在此面內(nèi)），有幾種類型的ANSYS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、平面應(yīng)變、軸對(duì)稱、和/或者諧結(jié)構(gòu)特性。

平面應(yīng)力或應(yīng)變:OKNJMPLIIJK,L,OPNMTriangularOptionY(orAxial)X(orRadial)June3,199634高效率建模方法-單元種類(續(xù))主要單元類型舉例X-Y高效率建模方法-單元種類(續(xù))主要單元類型舉例平面應(yīng)力

假定在Z方向上的應(yīng)力為零，主要有以下特點(diǎn)：當(dāng)Z方向上的幾何尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于X和Y方向上的尺寸才有效。所有的載荷均作用在XY平面內(nèi)。在Z方向上存在應(yīng)變。運(yùn)動(dòng)只在XY平面內(nèi)發(fā)生。允許具有任意厚度(Z方向上)。平面應(yīng)力

分析是用來(lái)分析諸如承受面內(nèi)載荷的平板、承受壓力或遠(yuǎn)離中心載荷的薄圓盤等結(jié)構(gòu)。June3,199635高效率建模方法-單元種類(續(xù))主要單元類型舉例平面應(yīng)力高效率建模方法-單元種類(續(xù))主要單元類型舉例平面應(yīng)變

假定在Z方向的應(yīng)變?yōu)榱悖饕哂幸韵绿攸c(diǎn)：當(dāng)Z方向上的幾何尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于X和Y方向上的尺寸才有效。所有的載荷均作用在XY平面內(nèi)。在Z方向上存在應(yīng)力。運(yùn)動(dòng)只在XY平面內(nèi)發(fā)生。平面應(yīng)變分析是用于分析那種一個(gè)方向的尺寸（指定為總體Z方向）遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其它兩個(gè)方向的尺寸，并且垂直于Z軸的橫截面是不變的。June3,199636高效率建模方法-單元種類(續(xù))主要單元類型舉例平面應(yīng)變高效率建模方法-單元種類(續(xù))主要單元類型舉例軸對(duì)稱

假定三維實(shí)體模型是由XY面內(nèi)的橫截面繞Y軸旋轉(zhuǎn)360o形成的（管，錐體，圓板,圓頂蓋，圓盤等）。對(duì)稱軸必須和整體Y軸重合。不允許有負(fù)X坐標(biāo)。Y方向是軸向，X方向是徑向，

Z方向是周向(hoop)。周向位移是零；周向應(yīng)變和應(yīng)力十分明顯。只能承受軸向載荷（所有載荷）。HoopJune3,199637高效率建模方法-單元種類(續(xù))主要單元類型舉例軸對(duì)稱假高效率建模方法-單元種類(續(xù))主要單元類型舉例諧單元

將軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)承受的非軸對(duì)稱載荷分解成傅立葉級(jí)數(shù)。傅立葉級(jí)數(shù)的每一部分獨(dú)立進(jìn)行求解，然后根據(jù)再合并到一起。

諧單元較常用于單一受扭或受彎的分析求解，其中受扭和受彎對(duì)應(yīng)于傅立葉級(jí)數(shù)的第1和第2項(xiàng)。這種簡(jiǎn)化處理本身不具有任何近似性！單元坐標(biāo)系(顯示的是

KEYOPT(1)=0情形)OKJMPLIIJK,L,OPNMTriangularOptionyxNY(Axial)X(Radial)June3,199638高效率建模方法-單元種類(續(xù))主要單元類型舉例諧單元將高效率建模方法-單元種類(續(xù))主要單元類型舉例諧單元

-舉例：

假定一承受剪力，彎矩，和/或者扭矩的軸。軸上的扭矩以傅立葉級(jí)數(shù)的一項(xiàng)施加到軸上。這時(shí)，除了扭矩外，事實(shí)上是一般的軸對(duì)稱問(wèn)題。彎矩和橫向剪力可以分別作為傅立葉級(jí)數(shù)的其它兩項(xiàng)施加到軸上。諧單元還可以用于實(shí)際當(dāng)中的任意循環(huán)分布載荷，這可能需要分解成50-100項(xiàng)傅立葉級(jí)數(shù)才能得到滿意的結(jié)果。MVTJune3,199639高效率建模方法-單元種類(續(xù))主要單元類型舉例諧單元-高效率建模方法-單元種類(續(xù))主要單元類型舉例

三維實(shí)體單元:用于那些由于幾何、材料、載荷或分析結(jié)果要求考慮的細(xì)節(jié)等原因造成無(wú)法采用更簡(jiǎn)單單元進(jìn)行建模的結(jié)構(gòu)。四面體模型使用CAD建模往往比使用專業(yè)的FEA分析建模更容易，也偶爾得到使用。KRLQOPMNJIXYZTetrahedronmeshBrickmeshJune3,199640高效率建模方法-單元種類(續(xù))主要單元類型舉例 三維實(shí)高效率建模方法-單元種類(續(xù))主要單元類型舉例

專用單元:專用單元包括接觸單元-用于構(gòu)件間存在接觸面的結(jié)構(gòu)建模，如渦輪盤和葉片，螺栓頭部和法蘭，電觸頭，以及O-圈等等。做好接觸分析要求有這方面的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)。JIGAPMorM/2CXYZFSLIDEK1K2MorM/2June3,199641高效率建模方法-單元種類(續(xù))主要單元類型舉例 專用單高效率建模方法-單元種類(續(xù))其它可供選擇的單元類型

線性單元/二次單元/

p單元:一旦你決定采用平面、三維殼或者三維實(shí)體單元，還需要進(jìn)一步?jīng)Q定采用線性、四邊形或P單元。線性單元和高階單元之間明顯的差別是線性單元只存在“角節(jié)點(diǎn)”，而高階單元還存在“中節(jié)點(diǎn)”。下面還提到一些差別。線性單元內(nèi)的位移按線性變化，因此(大多數(shù)時(shí))單個(gè)單元上的應(yīng)力狀態(tài)是不變的。二次單元內(nèi)的位移是二階變化的，因此單個(gè)單元上的應(yīng)力狀態(tài)是線性變化的。p單元內(nèi)的位移是從2階到8階變化的，而且具有求解收斂自動(dòng)控制功能，自動(dòng)各位置上分析應(yīng)當(dāng)采用的階數(shù)。June3,199642高效率建模方法-單元種類(續(xù))其它可供選擇的單元類型 高效率建模方法-單元種類(續(xù))其它可供選擇的單元類型 其它...我們有必要講述一下ANSYS中各線性概念之間的區(qū)別。線性分析

是指不包含任何非線性影響(如：大變形，塑性，或者接觸)。線性方程求解器

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，這些方程還是線性的(但必須進(jìn)行多次求解)。線性單元

假定單元內(nèi)的自由度按線性變化(跟二次單元,三次單元,或

p單元相比)。June3,199643高效率建模方法-單元種類(續(xù))其它可供選擇的單元類型 高效率建模方法-單元種類(續(xù))其它可供選擇的單元類型線性單元/二次單元/

p單元(續(xù)):在許多情況下，同線性單元相比，采用更高階類型的單元進(jìn)行少量的計(jì)算就可以得到更好的計(jì)算結(jié)果。下面是根據(jù)不同分析目的進(jìn)行單元選擇的情況。June3,199644高效率建模方法-單元種類(續(xù))其它可供選擇的單元類型線性高效率建模方法-單元種類(續(xù))其它可供選擇的單元類型線性單元/二次單元/

p單元(續(xù)):再進(jìn)行單元選擇時(shí)應(yīng)考慮的其它因素。線性單元的扭曲變形可能引起精度損失。更高階單元對(duì)這種扭曲變形不敏感。就求解的精度的差別講，線性單元和二次單元網(wǎng)格之間的差別遠(yuǎn)沒(méi)有平面單元和三維實(shí)體單元網(wǎng)格之間的差別那么驚人之大。你可能更喜歡使用線性(平)殼單元。高度扭曲的二次情形(非平行對(duì)邊)June3,199645高效率建模方法-單元種類(續(xù))其它可供選擇的單元類型線性高效率建模方法-單元種類(續(xù))其它可供選擇的單元類型線性單元/二次單元/

p單元(續(xù)):大多數(shù)二次單元允許忽略部分或所有邊的中節(jié)點(diǎn)-但是，在沒(méi)有中節(jié)點(diǎn)的邊上，你只能得到線性結(jié)果。如果所有中節(jié)點(diǎn)均不存在，該單元就變成了線性單元，計(jì)算精度也隨之降低(由于轉(zhuǎn)化成線性單元的二次單元和塊單元具有“不相容的位移模式”，并引起單元彎曲)。June3,199646高效率建模方法-單元種類(續(xù))其它可供選擇的單元類型線性高效率建模方法-單元種類(續(xù))其它可供選擇的單元類型線性單元/二次單元/

p單元(續(xù)):更高階的單元模擬曲面的精度就越高。低階單元更高階單元June3,199647高效率建模方法-單元種類(續(xù))其它可供選擇的單元類型線性高效率建模方法-單元種類(續(xù))其它可供選擇的單元類型線性單元/二次單元/

p單元(續(xù)):采用越來(lái)越高階的單元，給曲線結(jié)構(gòu)劃分越來(lái)越稀疏的單元網(wǎng)格，ANSYS開(kāi)始向你發(fā)出警告，甚至發(fā)出由于單元扭曲變形超過(guò)單元允許范圍而引起網(wǎng)格劃分失敗的信息。其原因是，由于模型表面單元的彎曲程度過(guò)大，使部分中節(jié)點(diǎn)偏離了自身位置，最終決定了你能劃分單元網(wǎng)格的稀疏程度。同其它軟件一樣，ANSYS程序允許用更高階的直邊單元?jiǎng)澐志W(wǎng)格(降低了實(shí)際幾何模型的精度，特別是對(duì)于p單元而言，通常極不理想)，也允許用不帶中節(jié)點(diǎn)的更高階單元?jiǎng)澐謫卧W(wǎng)格

(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)。所以，一般建議采用盡可能稀疏的單元網(wǎng)格，而又不至于出現(xiàn)形狀檢查警告。June3,199648高效率建模方法-單元種類(續(xù))其它可供選擇的單元類型線性高效率建模方法-單元種類(續(xù))其它可供選擇的單元類型線性單元/二次單元/

p單元(續(xù)):你不能將接觸單元同具有中節(jié)點(diǎn)的單元連起來(lái)(僅對(duì)于節(jié)點(diǎn)-節(jié)點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)-面接觸單元而言--對(duì)于面-面接觸單元?jiǎng)t是允許的)。類似地，在熱分析問(wèn)題中，

你不能將輻射link單元或者非線性對(duì)流表面添加到具有中節(jié)點(diǎn)的單元上。(ANSYS提供了多種劃分必須忽略中節(jié)點(diǎn)的單元網(wǎng)格的方法)。(不建議)(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。June3,199649高效率建模方法-單元種類(續(xù))其它可供選擇的單元類型線性高效率建模方法-單元種類(續(xù))其它可供選擇的單元類型

四邊形單元/三角形單元，塊單元/四面體單元:

針對(duì)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。June3,199650高效率建模方法-單元種類(續(xù))其它可供選擇的單元類型 高效率建模方法-單元種類(續(xù))其它可供選擇的單元類型四邊形單元/三角形單元，塊單元/四面體單元(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(jìn)行單元網(wǎng)格劃分的實(shí)質(zhì)問(wèn)題是，你是否允許模型中存在一些三角形單元網(wǎng)格。實(shí)際上，各處存在三角形單元會(huì)相當(dāng)麻煩，但是應(yīng)當(dāng)仔細(xì)思考下列問(wèn)題:如果采用更高階單元，三角形單元的計(jì)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(méi)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-但是，不這樣會(huì)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，任何四邊形單元網(wǎng)格(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形單元網(wǎng)格。所以，還是沒(méi)有理由全部采用四邊形單元。June3,199651高效率建模方法-單元種類(續(xù))其它可供選擇的單元類型四邊高效率建模方法-單元種類(續(xù))其它可供選擇的單元類型四邊形單元/三角形單元，塊單元/四面體單元(續(xù)):

對(duì)三維實(shí)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。June3,199652高效率建模方法-單元種類(續(xù))其它可供選擇的單元類型四邊高效率建模方法-單元種類(續(xù))其它可供選擇的單元類型

四邊形單元/三角形單元，塊單元/四面體單元(續(xù)): 建立三維實(shí)體模型需要作出下列選擇：

使用四面體單元?jiǎng)澐志W(wǎng)格

采用簡(jiǎn)便方法建立實(shí)體模型。

選用二次單元或者

p單元。或者

使用塊單元?jiǎng)澐謫卧W(wǎng)格選用塊單元網(wǎng)格建立實(shí)體模型。通常需要花費(fèi)更多時(shí)間和精力。

劃分子區(qū)域

連接處理

延伸

采用任何塊單元。June3,199653高效率建模方法-單元種類(續(xù))其它可供選擇的單元類型 高效率建模方法-單元種類(續(xù))其它可供選擇的單元類型四邊形單元/三角形單元，塊單元/四面體單元(續(xù)):

為什么使用四面體單元?jiǎng)澐謫卧W(wǎng)格會(huì)有這么大的困難呢？過(guò)去，有限元模型全部采用線性四面體單元網(wǎng)格(我們已經(jīng)講過(guò)這種模型十分“粗糙”)?，F(xiàn)在，使用二次單元和p單元的有限元模型變得相當(dāng)理想了。四面體單元模型的自由度幾乎是同等精度的塊單元單元模型的3到10倍。迄今求解器技術(shù)取得了很大突破，大多數(shù)分析者還是沒(méi)有高性能的計(jì)算機(jī)來(lái)求解無(wú)關(guān)緊要的四面體單元模型。塊單元網(wǎng)格:125個(gè)單元216個(gè)節(jié)點(diǎn)四面體單元網(wǎng)格:679個(gè)單元1230個(gè)節(jié)點(diǎn)June3,199654高效率建模方法-單元種類(續(xù))其它可供選擇的單元類型四邊高效率建模方法-單元種類(續(xù))其它可供選擇的單元類型四邊形單元/三角形單元，塊單元/四面體單元(續(xù)):

還有其它一些因素幫你作出選擇：做接觸分析，使用四面體單元?jiǎng)澐志W(wǎng)格時(shí)還需要進(jìn)行一些處理，消除接觸面上的中節(jié)點(diǎn)(只針對(duì)節(jié)點(diǎn)-節(jié)點(diǎn)接觸單元和節(jié)點(diǎn)-面接觸單元，而面-面接觸單元?jiǎng)t不需要)。長(zhǎng)或薄結(jié)構(gòu)劃分成塊單元網(wǎng)格可能更理想。potentialcontactregionJune3,199655高效率建模方法-單元種類(續(xù))其它可供選擇的單元類型四邊ANSYS分析采用的單位制除電磁分析以外，你不必為ANSYS設(shè)置單位系統(tǒng)。簡(jiǎn)單地確定你將采用的單位制，然后保證所有輸入數(shù)據(jù)均采用該種單位制就可以(即，ANSYS不能自動(dòng)進(jìn)行單位轉(zhuǎn)換)。你確定的單位制將影響尺寸、實(shí)常數(shù)、材料特性和載荷等的輸入值。June3,199656ANSYS分析采用的單位制除電磁分析以外，你不必為ANSY......高效率建模方法-單元種類常用單元的形狀點(diǎn)(質(zhì)量)線(彈簧，梁，桿，間隙)面(薄殼,二維實(shí)體,軸對(duì)稱實(shí)體)線性二次體(三維實(shí)體)線性二次................................June3,199657......高效率建模方法-單元種類常用單元的形狀點(diǎn)(高效率建模方法-單元種類(續(xù))在單元手冊(cè)(資料或在線幫助)中，ANSYS單元庫(kù)有100多種單元類型，其中許多單元具有好幾種可選擇特性來(lái)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(gè)單元上。具體單元名稱單元圖示ANSYS單元名稱單元特性(類別,編號(hào))

中國(guó)最大的資料庫(kù)下載June3,199658高效率建模方法-單元種類(續(xù))在單元手冊(cè)(資料或在線幫助準(zhǔn)則高效率建模方法-單元種類(續(xù))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(盡量做到能選擇點(diǎn)而不選擇線，能選擇線而不選擇平面，能選擇平面而不選擇殼，能選擇殼而不選擇三維實(shí)體).對(duì)于復(fù)雜結(jié)構(gòu)，應(yīng)當(dāng)考慮建立兩個(gè)或者更多的不同復(fù)雜程度的模型。你可以建立簡(jiǎn)單模型，對(duì)結(jié)構(gòu)承載狀態(tài)或采用不同分析選項(xiàng)作實(shí)驗(yàn)性探討。June3,199659準(zhǔn)則高效率建模方法-單元種類(續(xù))在結(jié)構(gòu)分析中，結(jié)構(gòu)的應(yīng)高效率建模方法-單元種類(續(xù))主要單元類型舉例

線單元:Beam(梁)單元是用于螺栓(桿)，薄壁管件，C形截面構(gòu)件，角鋼或者狹長(zhǎng)薄膜構(gòu)件(只有膜應(yīng)力和彎應(yīng)力的情況)等模型。Spar(桿)單元是用于彈簧，螺桿，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，或細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件，或

通過(guò)剛度等效替代復(fù)雜結(jié)構(gòu)等模型。June3,199660高效率建模方法-單元種類(續(xù))主要單元類型舉例 線單元高效率建模方法-單元種類(續(xù))主要單元類型舉例

殼單元:Shell

(殼)單元用于薄面板或曲面模型。

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其厚度的10倍。準(zhǔn)則June3,199661高效率建模方法-單元種類(續(xù))主要單元類型舉例 殼單元高效率建模方法-單元種類(續(xù))主要單元類型舉例

X-Y平面單元:在整體笛卡爾X-Y平面內(nèi)（模型必須建在此面內(nèi)），有幾種類型的ANSYS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、平面應(yīng)變、軸對(duì)稱、和/或者諧結(jié)構(gòu)特性。

平面應(yīng)力或應(yīng)變:OKNJMPLIIJK,L,OPNMTriangularOptionY(orAxial)X(orRadial)June3,199662高效率建模方法-單元種類(續(xù))主要單元類型舉例X-Y高效率建模方法-單元種類(續(xù))主要單元類型舉例平面應(yīng)力

假定在Z方向上的應(yīng)力為零，主要有以下特點(diǎn)：當(dāng)Z方向上的幾何尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于X和Y方向上的尺寸才有效。所有的載荷均作用在XY平面內(nèi)。在Z方向上存在應(yīng)變。運(yùn)動(dòng)只在XY平面內(nèi)發(fā)生。允許具有任意厚度(Z方向上)。平面應(yīng)力

分析是用來(lái)分析諸如承受面內(nèi)載荷的平板、承受壓力或遠(yuǎn)離中心載荷的薄圓盤等結(jié)構(gòu)。June3,199663高效率建模方法-單元種類(續(xù))主要單元類型舉例平面應(yīng)力高效率建模方法-單元種類(續(xù))主要單元類型舉例平面應(yīng)變

假定在Z方向的應(yīng)變?yōu)榱悖饕哂幸韵绿攸c(diǎn)：當(dāng)Z方向上的幾何尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于X和Y方向上的尺寸才有效。所有的載荷均作用在XY平面內(nèi)。在Z方向上存在應(yīng)力。運(yùn)動(dòng)只在XY平面內(nèi)發(fā)生。平面應(yīng)變分析是用于分析那種一個(gè)方向的尺寸（指定為總體Z方向）遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其它兩個(gè)方向的尺寸，并且垂直于Z軸的橫截面是不變的。June3,199664高效率建模方法-單元種類(續(xù))主要單元類型舉例平面應(yīng)變高效率建模方法-單元種類(續(xù))主要單元類型舉例軸對(duì)稱

假定三維實(shí)體模型是由XY面內(nèi)的橫截面繞Y軸旋轉(zhuǎn)360o形成的（管，錐體，圓板,圓頂蓋，圓盤等）。對(duì)稱軸必須和整體Y軸重合。不允許有負(fù)X坐標(biāo)。Y方向是軸向，X方向是徑向，

Z方向是周向(hoop)。周向位移是零；周向應(yīng)變和應(yīng)力十分明顯。只能承受軸向載荷（所有載荷）。HoopJune3,199665高效率建模方法-單元種類(續(xù))主要單元類型舉例軸對(duì)稱假高效率建模方法-單元種類(續(xù))主要單元類型舉例諧單元

將軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)承受的非軸對(duì)稱載荷分解成傅立葉級(jí)數(shù)。傅立葉級(jí)數(shù)的每一部分獨(dú)立進(jìn)行求解，然后根據(jù)再合并到一起。

諧單元較常用于單一受扭或受彎的分析求解，其中受扭和受彎對(duì)應(yīng)于傅立葉級(jí)數(shù)的第1和第2項(xiàng)。這種簡(jiǎn)化處理本身不具有任何近似性！單元坐標(biāo)系(顯示的是

KEYOPT(1)=0情形)OKJMPLIIJK,L,OPNMTriangularOptionyxNY(Axial)X(Radial)June3,199666高效率建模方法-單元種類(續(xù))主要單元類型舉例諧單元將高效率建模方法-單元種類(續(xù))主要單元類型舉例諧單元

-舉例：

假定一承受剪力，彎矩，和/或者扭矩的軸。軸上的扭矩以傅立葉級(jí)數(shù)的一項(xiàng)施加到軸上。這時(shí)，除了扭矩外，事實(shí)上是一般的軸對(duì)稱問(wèn)題。彎矩和橫向剪力可以分別作為傅立葉級(jí)數(shù)的其它兩項(xiàng)施加到軸上。諧單元還可以用于實(shí)際當(dāng)中的任意循環(huán)分布載荷，這可能需要分解成50-100項(xiàng)傅立葉級(jí)數(shù)才能得到滿意的結(jié)果。MVTJune3,199667高效率建模方法-單元種類(續(xù))主要單元類型舉例諧單元-高效率建模方法-單元種類(續(xù))主要單元類型舉例

三維實(shí)體單元:用于那些由于幾何、材料、載荷或分析結(jié)果要求考慮的細(xì)節(jié)等原因造成無(wú)法采用更簡(jiǎn)單單元進(jìn)行建模的結(jié)構(gòu)。四面體模型使用CAD建模往往比使用專業(yè)的FEA分析建模更容易，也偶爾得到使用。KRLQOPMNJIXYZTetrahedronmeshBrickmeshJune3,199668高效率建模方法-單元種類(續(xù))主要單元類型舉例 三維實(shí)高效率建模方法-單元種類(續(xù))主要單元類型舉例

專用單元:專用單元包括接觸單元-用于構(gòu)件間存在接觸面的結(jié)構(gòu)建模，如渦輪盤和葉片，螺栓頭部和法蘭，電觸頭，以及O-圈等等。做好接觸分析要求有這方面的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)。JIGAPMorM/2CXYZFSLIDEK1K2MorM/2June3,199669高效率建模方法-單元種類(續(xù))主要單元類型舉例 專用單高效率建模方法-單元種類(續(xù))其它可供選擇的單元類型

線性單元/二次單元/

p單元:一旦你決定采用平面、三維殼或者三維實(shí)體單元，還需要進(jìn)一步?jīng)Q定采用線性、四邊形或P單元。線性單元和高階單元之間明顯的差別是線性單元只存在“角節(jié)點(diǎn)”，而高階單元還存在“中節(jié)點(diǎn)”。下面還提到一些差別。線性單元內(nèi)的位移按線性變化，因此(大多數(shù)時(shí))單個(gè)單元上的應(yīng)力狀態(tài)是不變的。二次單元內(nèi)的位移是二階變化的，因此單個(gè)單元上的應(yīng)力狀態(tài)是線性變化的。p單元內(nèi)的位移是從2階到8階變化的，而且具有求解收斂自動(dòng)控制功能，自動(dòng)各位置上分析應(yīng)當(dāng)采用的階數(shù)。June3,199670高效率建模方法-單元種類(續(xù))其它可供選擇的單元類型 高效率建模方法-單元種類(續(xù))其它可供選擇的單元類型 其它...我們有必要講述一下ANSYS中各線性概念之間的區(qū)別。線性分析

是指不包含任何非線性影響(如：大變形，塑性，或者接觸)。線性方程求解器

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，這些方程還是線性的(但必須進(jìn)行多次求解)。線性單元

假定單元內(nèi)的自由度按線性變化(跟二次單元,三次單元,或

p單元相比)。June3,199671高效率建模方法-單元種類(續(xù))其它可供選擇的單元類型 高效率建模方法-單元種類(續(xù))其它可供選擇的單元類型線性單元/二次單元/

p單元(續(xù)):在許多情況下，同線性單元相比，采用更高階類型的單元進(jìn)行少量的計(jì)算就可以得到更好的計(jì)算結(jié)果。下面是根據(jù)不同分析目的進(jìn)行單元選擇的情況。June3,199672高效率建模方法-單元種類(續(xù))其它可供選擇的單元類型線性高效率建模方法-單元種類(續(xù))其它可供選擇的單元類型線性單元/二次單元/

p單元(續(xù)):再進(jìn)行單元選擇時(shí)應(yīng)考慮的其它因素。線性單元的扭曲變形可能引起精度損失。更高階單元對(duì)這種扭曲變形不敏感。就求解的精度的差別講，線性單元和二次單元網(wǎng)格之間的差別遠(yuǎn)沒(méi)有平面單元和三維實(shí)體單元網(wǎng)格之間的差別那么驚人之大。你可能更喜歡使用線性(平)殼單元。高度扭曲的二次情形(非平行對(duì)邊)June3,199673高效率建模方法-單元種類(續(xù))其它可供選擇的單元類型線性高效率建模方法-單元種類(續(xù))其它可供選擇的單元類型線性單元/二次單元/

p單元(續(xù)):大多數(shù)二次單元允許忽略部分或所有邊的中節(jié)點(diǎn)-但是，在沒(méi)有中節(jié)點(diǎn)的邊上，你只能得到線性結(jié)果。如果所有中節(jié)點(diǎn)均不存在，該單元就變成了線性單元，計(jì)算精度也隨之降低(由于轉(zhuǎn)化成線性單元的二次單元和塊單元具有“不相容的位移模式”，并引起單元彎曲)。June3,199674高效率建模方法-單元種類(續(xù))其它可供選擇的單元類型線性高效率建模方法-單元種類(續(xù))其它可供選擇的單元類型線性單元/二次單元/

p單元(續(xù)):更高階的單元模擬曲面的精度就越高。低階單元更高階單元June3,199675高效率建模方法-單元種類(續(xù))其它可供選擇的單元類型線性高效率建模方法-單元種類(續(xù))其它可供選擇的單元類型線性單元/二次單元/

p單元(續(xù)):采用越來(lái)越高階的單元，給曲線結(jié)構(gòu)劃分越來(lái)越稀疏的單元網(wǎng)格，ANSYS開(kāi)始向你發(fā)出警告，甚至發(fā)出由于單元扭曲變形超過(guò)單元允許范圍而引起網(wǎng)格劃分失敗的信息。其原因是，由于模型表面單元的彎曲程度過(guò)大，使部分中節(jié)點(diǎn)偏離了自身位置，最終決定了你能劃分單元網(wǎng)格的稀疏程度。同其它軟件一樣，ANSYS程序允許用更高階的直邊單元?jiǎng)澐志W(wǎng)格(降低了實(shí)際幾何模型的精度，特別是對(duì)于p單元而言，通常極不理想)，也允許用不帶中節(jié)點(diǎn)的更高階單元?jiǎng)澐謫卧W(wǎng)格

(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)。所以，一般建議采用盡可能稀疏的單元網(wǎng)格，而又不至于出現(xiàn)形狀檢查警告。June3,199676高效率建模方法-單元種類(續(xù))其它可供選擇的單元類型線性高效率建模方法-單元種類(續(xù))其它可供選擇的單元類型線性單元/二次單元/

p單元(續(xù)):你不能將接觸單元同具有中節(jié)點(diǎn)的單元連起來(lái)(僅對(duì)于節(jié)點(diǎn)-節(jié)點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)-面接觸單元而言--對(duì)于面-面接觸單元?jiǎng)t是允許的)。類似地，在熱分析問(wèn)題中，

你不能將輻射link單元或者非線性對(duì)流表面添加到具有中節(jié)點(diǎn)的單元上。(ANSYS提供了多種劃分必須忽略中節(jié)點(diǎn)的單元網(wǎng)格的方法)。(不建議)(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。June3,199677高效率建模方法-單元種類(續(xù))其它可供選擇的單元類型線性高效率建模方法-單元種類(續(xù))其它可供選擇的單元類型

四邊形單元/三角形單元，塊單元/四面體單元:

針對(duì)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。June3,199678高效率建模方法-單元種類(續(xù))其它可供選擇的單元類型 高效率建模方法-單元種類(續(xù))其它可供選擇的單元類型四邊形單元/三角形單元，塊單元/四面體單元(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(jìn)行單元網(wǎng)格劃分的實(shí)質(zhì)問(wèn)題是，你是否允許模型中存在一些三角形單元網(wǎng)格。實(shí)際上，各處存在三角形單元會(huì)相當(dāng)麻煩，但是應(yīng)當(dāng)仔細(xì)思考下列問(wèn)題:如果采用更高階單元，三角形單元的計(jì)算精度接近于二次單元。