Ansys中文幫助-單元詳解-SHELL99

SHELL99可以用于分層殼結構。但不像SHELL91具有非線性特性，它具有更小的elementformulationtime.SHELL99最多允許有250層。如果大于250，可以通過用戶自定義矩陣實現。元素每個節(jié)點有6個自由度：X、Y、Z方向平移和繞X、Y、Z軸轉角。詳情參看ANSYS,Inc.TheoryReference里的SHELL99Figure99.1SHELL99幾何形狀xIJ=Elementx-axisifESYSisnotsupplied.x=Elementx-axisifESYSissupplied.LN=層數NL=總層數SHELL99輸入數據幾何形狀，節(jié)點位置和坐標系如圖Figure99.1:"SHELL99Geometry".元素有8節(jié)點，平均層厚度或角層厚度、層鋪角（layermaterialdirectionangles）定義，為各向異性材料MeshingGuide的QuadraticElements(MidsideNodes)獲得關于使用中節(jié)點的信息。三角形可以通過定義相同節(jié)點號來形成。比如K,L，O均為同一節(jié)點。下圖顯示元素方程和應力恢復時間與層數的關系。WhileSHELL91在層數小于3時，需要較少的時間。當大于3層SHELL99則需要較少的時間。定義彈性地基剛度（EFS）是因為壓力需要，用來產生一個地基單位法線位移。EFS如果小于或等于0，則彈性剛度能力則被忽略。ADMSUA為單位面積上的附加質量。輸入可以通過矩陣或層的方式，由KEYOPT(2)決定。如果是矩陣形式，則矩陣必須在ANSYS外計算。參看ANSYS,Inc.TheoryReference.簡單的說，應力-應變和力矩曲線關系定義了通過厚度線性應變變化的矩陣，(KEYOPT(2)=2)可以定義為:這些定義方式參看ANSYS,Inc.TheoryReference.子矩陣[A]通過實數常輸入:子矩陣[B]和[D]同樣。注意，所有子矩陣都為對稱矩陣。{MT}和{BT}用于熱效應。實數常還包含元素平均密度(AVDENS)和元素平均厚度(THICK)。當KEYOPT(2)=2or4時，作為平面單元會比作為曲線單元得到更好的結果，這種情況下，中節(jié)點在中心會被重新定義在連接角節(jié)點的直線中間。如果KEYOPT(2)=3,矩陣[E],[F]和{QT}包含二次效應，而且中節(jié)點不重新定義。如果KEYOPT(2)=4,橫剪力一項，例如,A*TRSHEAR中，輸入TRSHEAR默認值為1000.0。"SHELL996AssumptionsandRestrictions"指出使用矩陣輸入的限制。當以矩陣輸入時，無應力，熱應變和失效準則。對于非矩陣輸入，單元坐標系定位在CoordinateSystems中描述。每一層的局部坐標系定義如圖Figure99.2:"SHELL99StressOutput"所示。層數由1到250。在這個局部右手坐標系中，X軸被旋轉一個角度THETA(LN)(按度計算)，方向從X軸向Y軸。必須指定總層數(NL)。所有層的特性必須被指定(LSYM=0)。如果元素中層的性質關于中間層對稱(LSYM=1)，可以指定義一半，從最外層定義到中間層（包括中間層）。所有層都有可能被輸出，而且有兩個層可能被明確指定要被輸出。(LP1和LP2,LP2的可能性更大).每個層平面單元的材料特性可以是正交各向異性。實常數MAT代替MAT命令用于定義層的材料號。如果沒有輸入，則MAT默認為1。材料的X方向和局部層坐標系的X方向相同。用TREF和BETAD命令分別定義全局參考溫度和阻尼。也可以用MAT命令為element-dependentvalues指定參考溫度(MP,REFT)或阻尼(MP,DAMP)。由于這個目的，層材料號被忽略。每一個薄殼層可以通過選擇KEYOPT(2)=1使其有一個變化的厚度(TK)。在層面假設厚度是按照雙線性變化的，厚度在角節(jié)點處輸入。如果層厚度不變只需輸入TK(I)即可。如果厚度不是常數，四個角的厚度都需要用正數輸入。每個殼單元的總厚度必須小于兩倍的曲率半徑，最好小于曲率半徑的1/15。你可以指定節(jié)點在單元的頂部、中間或底部。通過節(jié)電偏移選項(KEYOPT(11))進行。這是一方便的選項。例如，當建立層數不斷減少的層合板模型時，頂面或底面位置比中間平面更適合用來定義節(jié)點。如Figure91.4:"SHELL91BottomSurfaceNodes"所示。你也可以定義兩個單元共用同一節(jié)點，而每個單元的KEYOPT(11)設置不同，如Figure91.5:"SHELL91CommonNodeElements"所示。失效準則通過輸入數據表[TB]選擇,參看Table2.2:"OrthotropicMaterialFailureCriteriaData"。有三個預定的準則，同時可以子程序添加ANSYS,Inc.TheoryReference到6個用戶自定義的準則。參看的FailureGuidetoANSYSUserCriteria獲得關于三個預定失效準則的說明。參看ProgrammableFeatures獲得關于子程序的說明。失效準則也可以在POST1中計算(用FC命令)。所有涉及失效準則的作為元素輸出數據的一部分，基于TB命令。單元載荷在NodeandElementLoads中描述。壓力可以作為面載荷加載在單元面上。邊壓力作用在節(jié)平面上如圖Figure99.1:"SHELL99Geometry"中帶圈的標示3到6所示。質量矩陣假設有節(jié)平面產生。取決于KEYOPT(11),節(jié)平面可以在中間平面、上面、底面。正壓力作用在單元。邊壓力可以作為力/單位長度輸入。溫度可以在“角”處（1-8）(如圖Figure99.1:"SHELL99Geometry")作為體載荷輸入。第一個角溫度T1摩認為TUNIF。如果其它溫度沒有指定，都默認為T1。如果只有T1和T2輸入，那么T1可以作為T1,T2,T3，T4的默認值,T2(輸入的)作為T5,T6,T7,T8的默認值。對于其它的輸入項，未指定的溫度皆按照TUNIF。單元摘要在"SHELL99InputSummary"中給出。單元輸入一般說明在ElementInput給出。SHELL99輸入摘要節(jié)點:I,J,K,L,M,N,O,P自由度:UX,UY,UZ,ROTX,ROTY,ROTZ實常數參看表Table99.1:"SHELL99RealConstants"來獲得shell99實常數的表述。材料特性如果KEYOPT(2)=0或1,提供如下13*NM性質。NM是材料號。(NL為最大值):orEX,EY,EZ,ALPX,ALPY,ALPZ(orCTEX,CTEY,CTEZTHSX,THSY,THSZ),(PRXY,PRYZ,PRXZorNUXY,NUYZ,NUXZ),DENS,GXY,GYZ,GXZ,foreachoftheNMmaterials.如果KEYOPT(2)=2,3或4,無.為元素提供DAMP和REFT特性。(用MAT命令賦予材料特性。).參看"SHELL99InputData"的更多詳細說明。面載荷壓力--face1(I-J-K-L)(bottom,in+Zdirection),face2(I-J-K-L)(top,in-Zdirection),face3(J-I),face4(K-J),face5(L-K),face6(I-L)體載荷溫度--T1,T2,T3,T4,T5,T6,T7,T8ifKEYOPT(2)=0or1NoneifKEYOPT(2)=2,3or4特殊特性應力剛化大撓度KEYOPT(2)輸入形式:0--常量厚度層輸入(最多250層)1--錐形層輸入(最多125層)2--6x6矩陣輸入，使用線性（matrixinputusinglinearlogic）3--6x6矩陣輸入，使用二次logic4--3x3矩陣輸入，使用線性logicKEYOPT(3)額外元素輸出:0--基本單元輸出1--積分點應變輸出2--節(jié)點力、力矩在元素坐標系上輸出3--力、力矩單位長度輸出(指存在于KEYOPT(2)=0、1的情況)4--上述三項均包含KEYOPT(4)元素坐標系定義:0--無用戶子程序定義元素坐標系4--元素X軸由用戶子程序定義5--元素X軸和層X軸由用戶子程序定義注意GuidetoANSYSUserProgrammable關于用戶子程序請參看FeaturesKEYOPT(5)應變或應力輸出(和KEYOPT(6)一起用):0--應變結果被使用1--應力結果被使用2--應變應力都被使用KEYOPT(6)額外元素輸出(只對層輸入)(用于控制輸出):0--基礎單元輸出，也用于失效準則輸出1--和0時一樣，同時還輸出層間剪切應力2--和1時一樣，同時輸出在底層(或LP1)和頂層(或LP2)積分點的層解3--和1時一樣，同時輸出每層質心的解和層間的剪切應力的解4--和1時一樣，同時輸出所有層角節(jié)點的解和層間剪切應力的解5--和1時一樣，同時輸出各層各積分點的層解的失效準則值和層間剪切應力的解Note對于矩陣輸入方式，不存在應力、熱應變、和失效準則。KEYOPT(8)層數據的存儲:0--存儲底層地面和頂層上面的數據。同時存儲最大失效判據層數據。1--存儲所有層的數據.注意體積數據存儲可能過多。KEYOPT(9)定義在層的那個位置評價應變、應力和失效準則。(只在KEYOPT(2)=0或1withNL>1時存在):0--每層的頂部和底部對應力和應變評價。1--在每層的中間KEYOPT(10)材料特性矩陣輸出:r

0--無1--輸出元素號是1的通過厚度積分的材料特性矩陣，如果元素1是shell99的話。2--同1，但如果KEYOPT(2)=0or1,同樣寫矩陣就像KEYOPT(2)=2時的RMODIF命令3--同1，但如果KEYOPT(2)=0or1,同樣寫矩陣就像KEYOPT(2)=3時的RMODIF命令KEYOPT(11)節(jié)點偏移選項:0--節(jié)點在中間面1--節(jié)點在底面2--節(jié)點在頂面Table99.1SHELL99實常數編號名稱描述如果KEYOPT(2)=0,有下列12+(3*NL)個實常數:123456NL層數(250maximum)層對稱標示（Layersymmetrykey）第一層輸出第二層輸出彈性地基剛度為單位面積加質量--LSYMLP1LP2EFSADMSUA7...12(Blank)131415161718MAT層1的材料號層1的X軸轉角THETATK層1的厚度層2的材料號層2的X軸轉角MATTHETATK層2的厚度19...12+(3*NL)MAT,THETA,etc.為每一層重復MAT,THETA,和TK(直到最后一層)如果KEYOPT(2)=1,有下列12+(6*NL)個實常數:12345NL層數(250為最大值)LSYMLP1LP2EFS層對稱標示（Layersymmetrykey）第一層輸出第二層輸出彈性地基剛度6ADMSUA為單位面積加質量--7...12(Blank)131415161718MAT層1的材料號THETATK(I)TK(J)TK(K)TK(L)層1的X軸轉角層1在I節(jié)點處的厚度層1在J節(jié)點處的厚度層1在K節(jié)點處的厚度層1在L節(jié)點處的厚度19...12+(6*NL)MAT,THETA,etc.為每一層重復MAT,THETA,TK(I),TK(J),TK(K),和TK(L)(直到最后一層)如果KEYOPT(2)=2,有下列79個實常數:A(1)...A(21)子矩陣A22...42B(1)...B(21)子矩陣B子矩陣D1...2143...63D(1)...D(21)64...69MT(1)...MT(6)MT矩陣70...75BT(1)...BT(6)BT矩陣76777879AVDENSTHICKEFS元素平均密度元素平均厚度彈性地基剛度為單位面積加質量ADMSUA如果KEYOPT(2)=3,有下列127個實常數:1...21A(1)...A(21)子矩陣A22...42B(1)...B(21)子矩陣B43...63D(1)...D(21)子矩陣D64...84E(1)...E(21)子矩陣E85...105F(1)...F(21)子矩陣F106...111MT(1)...MT(6)MT矩陣112...117BT(1)...BT(6)BT矩陣118...123QT(1)...QT(6)QT矩陣124125126127AVDENSTHICKEFS元素平均密度元素平均厚度彈性地基剛度為單位面積加質量ADMSUA如果KEYOPT(2)=4,提供如下30個常數:1...6A(1)...A(6)子矩陣A7...12B(1)...B(6)子矩陣B13...18D(1)...D(6)子矩陣D19...21MT(1)...MT(3)MT矩陣22...24BT(1)...BT(3)BT矩陣252627AVDENSTHICKEFS元素平均密度元素平均厚度彈性地基剛度282930ADMSUA為單位面加質量--(Blank)TRSHEAR橫剪力更多關于實常數和其他輸入數據信息，參看SHELL91.失效準則在FailureCriteria.SHELL99輸出數據與單元有關的結果輸出有兩種形式:整個節(jié)點解中的節(jié)點位移。另外的元素輸出參看Table99.2:"SHELL99ElementOutputDefinitions".??一些項在Figure99.2:"SHELL99StressOutput"闡述.元素應力方向與層局部坐標系相同。有多種不同的層輸出選項可供選擇。對于積分點的輸出，積分點1最接近節(jié)點I，積分點2最接近節(jié)點J，積分點3最接近節(jié)點K，積分點4最接近節(jié)點L。失效ANSYS,Inc.Theory準則輸出只有在平面內的積分點才進行評估。(參看Reference).在層輸出后，如果KEYOPT(3)=3or4，全部單元的面內力和力矩會被列出。參看Figure99.2:"SHELL99StressOutput".力矩包括方向沿X(MX)、Y(MY)軸和扭矩(MXY)。力和力矩在元素坐標系下通過單位長度計算得到，將結果合并是對所有層的。如果該單元的KEYOPT(3)=2或4,每個節(jié)點總共6個力和力矩也會被輸出（在元素坐標系上）。KEYOPT(8)以用命令訪問的輸出數據總和。關于解的輸出的一般說明在SolutionOutput中查看.ANSYSBasicAnalysisGuide獲得更多觀察解的方式。LAYER或LAYERP26參看Figure99.2SHELL99應力輸出x=Elementx-axisifESYSisnotsupplied.IJx=Elementx-axisifESYSissupplied.元素輸出定義表使用以下符號：在NAME一欄中冒號表示能用部件名路徑進入的項[ETABLE,ESOL]。O一欄表示可從文件Jobname.OUT中獲得的項。R一欄表示結果文件中可獲得的項。無論在O或者R欄，Y表示該項總是可獲得，表腳注中的數字表示該項在某種條件下可獲得，a表示該項不可獲得。Table99.2SHELL99元素輸出定義名稱定義ORYYYYYY1-Y11EL元素號NODES節(jié)點-I,J,K,L,M,N,O,P體積VOLU:TTOP,TBOTXC,YC,ZC底面和頂面的平均溫度單元質心PRES壓YY力:P1atnodesI,J,K,L;P2atI,J,K,L;P3atJ,I;P4atK,J;P5atL,K;P6atI,LTEMPINT溫度T1,T2,T3,T4,T5,T6,T7,T8積分點號YY2-POSTop(TOP),Bottom(BOT),Midthickness(MID)of2-elementXI,YI,ZINUMBER積分點全局坐標X,Y,Z層號2-1-,3MAT層材料號層鋪角(THETA)層平均厚度1-,3THETA1-,3AVETHICK3-1-,ACCAVETHICK累計平均厚度(從第一層到這層的厚度)3AVETEMPPOS層平均溫度3-Top(TOP),Bottom(BOT),Midthickness(MID)oflayer(s3-eeKEYOPT(9)forcontroloptions)LOC中心點位置(average)(ifKEYOPT(6)=3)1-,3NODEINT角節(jié)點號(ifKEYOPT(6)=4)1-,3積分點號(ifKEYOPT(6)=2or5)1-,3S:X,Y,Z,XY,YZ應力(在層坐標系),XZ1Y,4S:1,2,3S:INT主應力1-,4應力強度平均等效應力1-,4S:EQV1-,4EPEL:X,Y,Z,XY塑性應變(在層坐標系下),如果KEYOPT(2)=2或3為總4Y,YZ,XZ應變EPEL:EQV等效塑性應變(在層坐標系下)[12]4-EPTH:X,Y,Z,XY熱應變(在層坐標系下),如果KEYOPT(2)=2or3為總應變4Y,YZ,XZEPTH:EQV等效熱應變(在層坐標系下)[12]4-EPTO:X,Y,Z,XY總應變(無熱應變修正，如果KEYOPT(2)=0或1)在元素2-,YZ,XZ坐標系下。EPTO:EQV總等效應變(無熱應變修正，如果KEYOPT(2)=0or1)在層2-坐標系下FC1...FC6,FCM失效準則值和每個積分點的最大值。只有KEYOPT(6)=51-AX時由輸出。,4FC失效準則號(FC1toFC6,FCMAX)11,5VALUELN準則最大值(如果值超過9999.999,9999.999將輸出)11,5最大值發(fā)生的層11,5EPELF(X,Y,Z,X塑性應變(在層坐標系下)causingthemaximumvalue11Y,YZ,XZ)forthiscriterionintheelement.,5SF(X,Y,Z,XY,Y應力(在層坐標系下)causingthemaximumvaluefor11Z,XZ)thiscriterionintheelement.,5LAYERS分界面位置1-,6ILSXZILSYZILANGILSUMLN1,LN2ILMAX層間剪力SXZ11,6層間剪力SYZ11,6剪力矢量角(由X軸到Y軸，按角度)剪力矢量總和11,611,6最大層間剪力的層號(ILMAX)最大層間剪力(在LN1和LN2層之間)11,711,7T(X,Y,XY)N(X,Y)單元面內總內力/每單位長度(在元素坐標系下)8-8-9-1-0平面外X、Y方向剪力M(X,Y,XY)單元總力矩/每單位長度(在元素坐標系下)MFOR(X,Y,Z)每個節(jié)點的力（在元素坐標系下）MMOM(X,Y,Z)每個節(jié)點的力矩（在元素坐標系下）1-01.當KEYOPT(2)=0or12.積分點應變解(當KEYOPT(3)=1或4)3.層(當4.由KEYOPT(5)控制項的輸出KEYOPT(6)>1)5.失效準則計算摘要:當KEYOPT(6)=0,只有元素中最大的失效準則被輸出。；輸出每一個失效準則和其中最大的失效準則(依賴KEYOPT(5))對應的塑性應變/應力。(FCMAX).6.層間剪切力解(當KEYOPT(6)>2)7.只有KEYOPT(6)≠0時，已輸出8.只有KEYOPT(3)=3or4和KEYOPT(9)≠1時，角節(jié)點有輸出9.只有KEYOPT(3)=2or4時，有輸出10.只能在質心作為一個*GET項獲得。11.對于塑性和熱的等效應變使用的有效泊松比，由用戶設置。(MP,PRXY).Table99.3:"SHELL99ItemandSequenceNumbers"列出了通過ETABLE命令利ANSYSBasicAnalysisGuide用序號途徑可獲得的輸出。查看andTheItemandSequenceNumberTable里的TheGeneralPostprocessor(POST1)獲得更多信息。下列符號在Table99.3:"SHELL99ItemandSequenceNumbers"中用到:Name在Table99.2:"SHELL99ElementOutputDefinitions"中定義的輸出量名Item:為ETABLE命令預定的標簽E:對于單值或常數型單元數據的序列號I,J,...,L節(jié)點I,J,…..,L處數據的序列號Table99.3SHELL99ItemandSequenceNumbers輸出量名ItemILSXZSMISCETABLEandESOLCommandInputBottomofLayeriTopofLayerNL(2*i)+7(2*NL)+9ILSYZSMISCILSUMNMISCILANGNMISC輸出量(2*i)+8(2*i)+5(2*i)+6(2*NL)+10(2*NL)+7(2*NL)+8ETABLEandESOLCommandInput名ItemIJKLP1P2P3P4P5P6SMISC(2*NL)+11(2*NL)+12SMISC(2*NL)+15(2*NL)+16SMISC(2*NL)+20(2*NL)+19(2*NL)+13(2*NL)+14(2*NL)+17(2*NL)+18SMISC(2*NL)+22(2*NL)+21SMISC(2*NL)+24(2*NL)+23(2*NL)+26SMISC(2*NL)+25輸出量名ETABLEandESOLCommandInputItemETXTYSMISC1SMISC2TXYMXSMISC3SMISC4SMISC5MYMXYNXSMISC6SMISC7NYSMISCNMISC81FCMAX(overalllayers)VALUENMISC2LNNMISCNMISCNMISCNMISCNMISC3ILMAX4LN15LN26FCMAX(atlayeri)VALUE(atlayeri)FC2*(NL+i)+7NMISC2*(NL+i)+8NMISC(4*NL)+8+15(N-1)+1VALUENMISC(4*NL)+8+15(N-1)+2LNNMISC(4*NL)+8+15(N-1)+3NMISC(4*NL)+8+15(N-1)+4EPELFXEPELFYEPELFZEPELFXYEPELFYZEPELFXZSFXNMISC(4*NL)+8+15(N-1)+5NMISC(4*NL)+8+15(N-1)+6NMISCNMISC(4*NL)+8+15(N-1)+7(4*NL)+8+15(N-1)+8NMISC(4*NL)+8+15(N-1)+9NMISC(4*NL)+8+15(N-1)+10SFYNMISC(4*NL)+8+15(N-1)+11SFZNMISCNMISCNMISCNMISC(4*NL)+8+15(N-1)+12(4*NL)+8+15(N-1)+13(4*NL)+8+15(N-1)+14(4*NL)+8+15(N-1)+15SFXYSFYZSFXZ注意表Table99.3:"SHELL99ItemandSequenceNumbers"中的i(