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(質(zhì)量)線(彈簧，梁，桿，間隙)面(薄殼,二維實體,軸對稱實體)線性二次體(三維實體)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)準則高效率建模方法-單元種類(續(xù))在結構分析中，結構的應力狀態(tài)決定單元類型的選擇。選擇維數(shù)最低的單元去獲得預期的結果(盡量做到能選擇點而不選擇線，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體).對于復雜結構，應當考慮建立兩個或者更多的不同復雜程度的模型。你可以建立簡單模型，對結構承載狀態(tài)或采用不同分析選項作實驗性探討。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形截面構件，角鋼或者狹長薄膜構件(只有膜應力和彎應力的情況)等模型。Spar(桿)單元是用于彈簧，螺桿，預應力螺桿和薄膜桁架等模型。Spring

單元是用于彈簧，螺桿，或細長構件，或

通過剛度等效替代復雜結構等模型。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力、平面應變、軸對稱、和/或者諧結構特性。

平面應力或應變: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力

假定在Z方向上的應力為零，主要有以下特點：當Z方向上的幾何尺寸遠遠小于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方向上存在應變。運動只在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、承受壓力或遠離中心載荷的薄圓盤等結構。高效率建模方法-單元種類(續(xù))主要單元類型舉例平面應變

假定在Z方向的應變?yōu)榱?，主要具有以下特點：當Z方向上的幾何尺寸遠遠大于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方向上存在應力。運動只在XY平面內(nèi)發(fā)生。平面應變分析是用于分析那種一個方向的尺寸（指定為總體Z方向）遠遠大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。高效率建模方法-單元種類(續(xù))主要單元類型舉例軸對稱

假定三維實體模型是由XY面內(nèi)的橫截面繞Y軸旋轉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X坐標。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；周向應變和應力十分明顯。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

將軸對稱結構承受的非軸對稱載荷分解成傅立葉級數(shù)。傅立葉級數(shù)的每一部分獨立進行求解，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于傅立葉級數(shù)的第1和第2項。這種簡化處理本身不具有任何近似性！單元坐標系(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)的一項施加到軸上。這時，除了扭矩外，事實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)的其它兩項施加到軸上。諧單元還可以用于實際當中的任意循環(huán)分布載荷，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

三維實體單元:用于那些由于幾何、材料、載荷或分析結果要求考慮的細節(jié)等原因造成無法采用更簡單單元進行建模的結構。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-用于構件間存在接觸面的結構建模，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和經(jīng)驗。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、三維殼或者三維實體單元，還需要進一步?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”，而高階單元還存在“中節(jié)點”。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)單個單元上的應力狀態(tài)是不變的。二次單元內(nèi)的位移是二階變化的，因此單個單元上的應力狀態(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控制功能，自動各位置上分析應當采用的階數(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

方程組解就是結構的自由度解。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行少量的計算就可以得到更好的計算結果。下面是根據(jù)不同分析目的進行單元選擇的情況。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)):再進行單元選擇時應考慮的其它因素。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)格之間的差別遠沒有平面單元和三維實體單元網(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-但是，在沒有中節(jié)點的邊上，你只能得到線性結果。如果所有中節(jié)點均不存在，該單元就變成了線性單元，計算精度也隨之降低(由于轉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)):采用越來越高階的單元，給曲線結構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大，使部分中節(jié)點偏離了自身位置，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劃分網(wǎng)格(降低了實際幾何模型的精度，特別是對于p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。高效率權建模方嚇法-善單元寺種類(續(xù))其它可供錘選擇的單汽元類型線性單元理/二般次單元朗/p單元(續(xù)):你不能將歷接觸單元燃同具有中憶節(jié)點的單流元連起來(僅對于廟節(jié)點-矛節(jié)點和且節(jié)點-溝面接觸草單元而姜言--對于面-鬼面接觸單轉元則是允原許的)。類似地洪，在熱爛分析問夸題中，你不能筑將輻射link單元或甩者非線世性對流亦表面添尼加到具母有中節(jié)然點的單拋元上。(ANS得YS提供了多送種劃分必跑須忽略中閥節(jié)點的單洲元網(wǎng)格的吊方法)。(不建議)(建議)在非線觀性材料譜特性區(qū)棄域內(nèi)，股二次單夕元并不奮比線性各單元更伐有效。高效率抬建模方鴉法-欲單元化種類(續(xù))其它可夸供選擇槍的單元娛類型四邊形堂單元寧/三銳角形單辯元，塊爹單元蝴/四交面體單謹元:針對平俯面或者違三維殼幸體分析暢模型而倉言，四墾邊形單激元和三訴角形單與元是有堡差別的足，下表毯列出了騾這些差城異。高效率勤建模方品法-床單元允種類(續(xù))其它可附供選擇啊的單元麗類型四邊形番單元煮/三追角形單謎元，塊耗單元忙/四混面體單屑元(續(xù)):全部采記用三角翠形單元鬼網(wǎng)格的抓理由是曬相當少木的。給卻面進行杰單元網(wǎng)腫格劃分岸的實質(zhì)晚問題是廟，你是篇否允許纏模型中電存在一挑些三角雨形單元歸網(wǎng)格。鐵實際上考，各處押存在三稿角形單秤元會相匙當麻煩永，但是否應當仔萄細思考但下列問泊題:如果采用霧更高階單附元，三角態(tài)形單元的愛計算精度紙接近于二降次單元。歇所以，全障部采用二其次單元網(wǎng)典格也是沒辜有什么理愿由的。如果你警采用線累性單元羅，三角蠅形單元鄭就十分渡糟糕-但是，不專這樣會使茅四邊形單染元網(wǎng)格扭感曲。除了軟多數(shù)不重隔要的結構求外，任何西四邊形單權元網(wǎng)格(結構的方或者非笨結構的)不得不包灘含部分形扶狀糟糕的瘋三角形單攤元網(wǎng)格。所以，懸還是沒鍛有理由舊全部采性用四邊腰形單元。高效率認建模方述法-消單元戲種類(續(xù))其它可晝供選擇賠的單元投類型四邊形單雷元/懶三角形單右元，塊單怠元/載四面體單該元(續(xù)):對三維實搖體分析模翻型而言，濱塊單元和稀四面體單蜂元是有差號別的，下梅表列出了廣這些差異霜。高效率澡建模方骨法-怨單元旦種類(續(xù))其它可供曾選擇的單阻元類型四邊形單貝元/番三角形單載元，塊單何元/思四面體單必元(續(xù)):建立三蕉維實體波模型需先要作出具下列選陣擇：使用四榆面體單寒元劃分檢網(wǎng)格采用簡顧便方法特建立實戶體模型。選用二再次單元腐或者p單元?；蛘呤褂脡K鼻單元劃魂分單元嫂網(wǎng)格選用塊單袍元網(wǎng)格建摸立實體模令型。通常需炕要花費汁更多時歇間和精胳力。劃分子壓區(qū)域連接處陜理延伸采用任何鬧塊單元。高效率危建模方嗚法-繪單元畫種類(續(xù))其它可鏈供選擇乓的單元肯類型四邊形單壓元/鏟三角形單棒元，塊單鮮元/處四面體單源元(續(xù)):為什么品使用四悶面體單喉元劃分亞單元網(wǎng)愈格會有拋這么大壤的困難押呢？過去，有舅限元模型途全部采用連線性四面仔體單元網(wǎng)賭格(我們已經(jīng)扣講過這種劫模型十分“粗糙”)?，F(xiàn)在，雄使用二膜次單元欄和p單元的土有限元據(jù)模型變作得相當煤理想了酒。四面體屑單元模淹型的自民由度幾稈乎是同省等精度事的塊單稼元單元詢模型的鐵3到1璃0倍。拋迄今求炊解器技拍術取得弄了很大之突破，鋪大多數(shù)籃分析者暴還是沒