ANSYS高效率建模方法單元種類

......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,軸對稱實(shí)體)線性二次體(三維實(shí)體)線性二次................................高效率建模方法-單元種類(續(xù))在單元手冊(資料或在線幫助)中，ANSYS單元庫有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)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。你可以建立簡單模型，對結(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。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)長構(gòu)件，或

通過剛度等效替代復(fù)雜結(jié)構(gòu)等模型。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)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)。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?，主要具有以下特點(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。高效率建模方法-單元種類(續(xù))主要單元類型舉例軸對稱

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）。Hoop高效率建模方法-單元種類(續(xù))主要單元類型舉例諧單元

將軸對稱結(jié)構(gòu)承受的非軸對稱載荷分解成傅立葉級數(shù)。傅立葉級數(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，其中受扭和受彎對應(yīng)于傅立葉級數(shù)的第1和第2項(xiàng)。這種簡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)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(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)傅立葉級數(shù)才能得到滿意的結(jié)果。MVT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)等原因造成無法采用更簡單單元進(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。KRLQOPMNJIXYZTetrahedronmeshBrickmesh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/2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)。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)。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。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)。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高效芬率建番模方凡法伯-珠單元朝種類(續(xù))其它沖可供散選擇餃的單叼元類事型線性扇單元拘/辜二叉次單燦元凝/p單元(續(xù))享:采用竭越來階越高姓階的育單元濕，給滿曲線艷結(jié)構(gòu)范劃分倉越來筐越稀屠疏的授單元抱網(wǎng)格而，AN聞SY碧S開始務(wù)向你極發(fā)出座警告滅，甚群至發(fā)薄出由話于單斧元扭霞曲變?nèi)滦纬^單市元允戶許范債圍而理引起事網(wǎng)格逝劃分角失敗拌的信滴息。曬其原秧因是揀，由于鼓模型端表面感單元翼的彎貼曲程聚度過禿大，材使部它分中情節(jié)點(diǎn)帖偏離看了自貌身位記置，最終痕決定季了你異能劃疫分單陡元網(wǎng)攝格的謝稀疏蒸程度。同其街它軟闊件一幣樣，AN妖SY巧S程序百允許互用更炎高階腹的直惜邊單暑元?jiǎng)潎L分網(wǎng)樣格(降低名了實(shí)碼際幾圍何模典型的陶精度，特別慕是對弟于p單元健而言機(jī)，通賣常極聾不理粘想)，也允親許用像不帶須中節(jié)供點(diǎn)的雅更高讓階單眉元?jiǎng)澨练謫矽Z元網(wǎng)足格(即降輩低了湊幾何息模型慰的精嫁度，戀又降認(rèn)低了推單元抱精度數(shù)，所崗以在厚通常眉情況之下更征不理貞想)昆。所膠以，螞一般戒建議撓采用率盡可深能稀纏疏的生單元新網(wǎng)格膜，而盼又不退至于栗出現(xiàn)講形狀閉檢查劉警告。高效費(fèi)率建塔模方堤法金-偏單元琴種類(續(xù))其它響可供吸選擇倒的單厘元類精型線性示單元結(jié)/膝二良次單脫元廚/p單元(續(xù))哀:你不叢能將夾接觸斗單元鐮同具勾有中臉節(jié)點(diǎn)歡的單算元連陣起來(僅對京于節(jié)卻點(diǎn)-勺節(jié)點(diǎn)腔和節(jié)踏點(diǎn)-浸面接奮觸單梯元而掉言--對于哥面-奴面接戰(zhàn)觸單誦元?jiǎng)t叮是允齡許的)。類似噴地，纏在熱酒分析抱問題脂中，你不暑能將聞輻射li撇nk單元綁或者意非線屠性對助流表酒面添名加到?jīng)Q具有鵲中節(jié)逗點(diǎn)的撤單元鑰上。(AN蛇SY禿S提供粘了多混種劃姿分必善須忽賭略中鋸節(jié)點(diǎn)醫(yī)的單渡元網(wǎng)醫(yī)格的顫方法)。(不建議)(建議)在非相線性羨材料宰特性冰區(qū)域途內(nèi)，格二次甚單元撇并不協(xié)比線劉性單衰元更耽有效蹄。高效年率建丹模方逝法汗-監(jiān)單元仆種類(續(xù))其它兇可供統(tǒng)選擇昨的單剪元類匙型四邊榮形單澇元漠/精三角繡形單躬元，蠻塊單滋元詠/律四面悼體單被元:針對美平面逗或者狐三維優(yōu)殼體位分析稅模型琴而言花，四乞邊形烤單元稼和三偷角形默單元權(quán)是有呆差別愈的，地下表荷列出圾了這淹些差剃異。高效偶率建垂模方疤法專-蠅單元績種類(續(xù))其它姐可供駛選擇敲的單脅元類秧型四邊史形單素元屈/競?cè)羌螁钨?zèng)元，疑塊單甩元哲/占四面箱體單俘元(續(xù))墻:全部巴采用任三角軟形單脹元網(wǎng)久格的順理由披是相科當(dāng)少消的。宜給面襪進(jìn)行攪單元吩網(wǎng)格以劃分家的實(shí)粘質(zhì)問商題是接，你扒是否宇允許酒模型岔中存迅在一都些三刑角形灣單元湖網(wǎng)格順。實(shí)雹際上薄，各馳處存住在三傻角形正單元撕會(huì)相脂當(dāng)麻耐煩，太但是展應(yīng)當(dāng)賤仔細(xì)襖思考勁下列拾問題:如果智采用消更高唇階單孔元，梅三角傻形單慶元的鍬計(jì)算農(nóng)精度矛接近僻于二畜次單湊元。屬所以多，全活部采屈用二盒次單納元網(wǎng)陰格也煩是沒尊有什蓮么理踏由的刮。如果司你采端用線害性單全元，徹三角南形單溜元就戴十分牌糟糕-但是陣，不玻這樣戀會(huì)使卵四邊群形單涌元網(wǎng)叢格扭說曲。莊除了宰多數(shù)監(jiān)不重日要的完結(jié)構(gòu)岡外，至任何球四邊倆形單啟元網(wǎng)孝格(結(jié)構(gòu)缸的或詠者非桶結(jié)構(gòu)亦的)不得判不包耀含部足分形隨狀糟甲糕的賽三角巡壽形單遺元網(wǎng)乞格。所以市，還箏是沒拿有理星由全宇部采沫用四攪邊形螞單元。高效丟率建寫模方球法傳-爽單元論種類(續(xù))其它蹄可供量選擇度的單壺元類爭型四邊灘形單優(yōu)元換/魔三角止形單懲元，扣塊單棵元寇/傻四面顫體單找元(續(xù))渣:對三父維實(shí)借體分腹析模陶型而葬言，翼塊單多元和螞四面該體單抗元是員有差按別的遙，下永表列只出了潑這些休差異繞。高效駁率建自模方問法辯-借單元暮種類(續(xù))其它量可供粒選擇偷的單倒元類想型四邊聰形單搬元取/堂三角聰形單雅元，蜻塊單甚元舒/怒四面丈體單顯元(續(xù))喜:建立更三維腫實(shí)體范模型狗需要畏作出但下列議選擇：使用粒四面冶體單苦元?jiǎng)澔志W(wǎng)監(jiān)格采用罪簡便返方法困建立愉實(shí)體陡模型。選用掃二次岡單元家或者p單元齡?；蜃苏呤褂脗€(gè)塊單筋元?jiǎng)澱品謫螛阍W(wǎng)勇格選用錢塊單聰元網(wǎng)跨格建戒立實(shí)槽體模老型。通常狠需要欺花費(fèi)呼更多窯時(shí)間稼和精乏力。劃分拉子區(qū)拼域連接輛處理延伸采用嬸任何瓶塊單強(qiáng)元。高效占率建刺模方筐法左-餐單元網(wǎng)種類(續(xù))其它撕可供土選擇務(wù)的單棉元類宿型四邊熄形單卸元吧/脈三角廚形單庸元，傅塊單召元綿/鼓四面想體單商元(續(xù))跪:為什輝么使構(gòu)用四玻面體糞單元爽劃分暴單元黨網(wǎng)格生會(huì)有鳥這么傻大的諷困難您呢？過去乎，有辰限元斬模型寒全部寧采用雅線性挺四面應(yīng)體單剪元網(wǎng)慮格(我們僻已經(jīng)評講過傭這種抱模型型十分“粗糙”)?，F(xiàn)在紛，使蒜用二萬次單懂元和p單元興的有抵限元釀模型界變得刺相當(dāng)笨理想撥了。四面葬體單復(fù)元模寺型的稈自由致度幾柴乎是革同等在精度炮的塊膚單元耳單元丹模型陣的3銀到1湖0倍度。迄憂今求競解器孕技術(shù)反取得穗了很宇大突斥破，板大多舞數(shù)分絞析者舊還是界沒有吧高性歸能的央計(jì)算鑼機(jī)來妨求解粉無關(guān)塵緊要懶的四抖面體頃單元貓模型。塊單譽(yù)元網(wǎng)桶格:12群5個(gè)單逼元21井6個(gè)節(jié)涌