长沙理工大学,Changsha University of Science&Technology,水利工程学院,School of Hydraulic Engineering,ANSYS,单元类型详解,1,单元分类,2,单元介绍,3,单元类型的选择方法,1,单元分类,按外形分类,1 点单元：MASS,2 线单元：LINK、BEAM、COMBIN,3 面单元：PLANE、SHELL,4 体单元：SOLID,按单元阶次分类,1 线性单元：对于构造分析问题，单元内的位移数值按线性变化，因而每个单元内的应力状态是保持不变的,2 二次单元：对于构造分析问题，单元内的位移数值按二次函数变化，因而每个单元内的应力状态是线性变化的,3 P单元：对于构造分析问题，单元内的位移数值按二阶到八阶函数变化，而且具有求解收敛自动把握功能，自动确定各位置上应承受的函数阶数,单元阶次说明,单元阶次是指单元形函数的多项式阶次。,单元阶次直接影响到单元形函数的阶次，一般说来，形函数阶次越高，计算结果越准确；因而，同线性单元相比，承受高阶的单元类型可以得到相对较好的计算结果。,线性单元、二次单元和P单元的使用，需留意以下问题：,单元阶次的选择需要在计算精度和计算规模间综合衡量；,对于模型中，有曲边或曲面存在时，通常推举使用高阶单元，由于线性单元的严峻扭曲变形可能引起计算精度下降，更高阶的单元对这种扭曲变形不敏感，此时使用高阶单元以获得较高的全面精度；,对于非线性问题，高阶单元并不比线性单元更有效；,单元阶次对求解的精度影响，相对平面单元和三维实体单元之间简化的差异来说，影响要小得多，因而使用线性单元的场合比较多。,2,单元介绍,1 点单元,其特点是几何外形为点状，可用以下单元模拟：,MASS单元：主要用于动力学分析质量块构造的模拟；,2 线单元,几何外形为线性的构造，可用以下单元进展模拟：,1、LINK单元：用于桁架、螺栓、螺杆等连接件的模拟；,2、Beam单元：用于梁、螺栓、螺杆、连接件等的模拟,3、Pipe单元：用于管道、管件等构造的模拟；,4、Combin单元：用于弹簧，瘦长构件等的模拟。,左边是LINK单元在桁架上的应用，右边是BEAM单元在梁上的应用,面单元,几何外形为面型的构造，可用于以下单元模拟,1.SHELL单元：主要用于薄板或曲面构造的模拟，壳单元分析应用的根本原则是每块面板的主尺寸不低于其厚度的10倍,2.PLANE单元平面单元：用于总体直角坐标系下X-Y平面内构造的平面应力、平面应变、轴对称问题,应用的一些留意事项,适用于Z方向上的几何尺寸远远小于X和Y方向上尺寸的状况例如薄板；,适用于Z方向上的几何尺寸远远大于X和Y方向上尺寸的状况例如船闸；,全部的载荷均作用在XY平面内；,仅允许XY平面内的运动；,体单元,几何外形为体型的构造，可用以下单元模拟,1.SOLID单元：主要用于三维实体构造的模拟,实体单元的选择 实体单元类型比较多，实体单元也是实际工程中使用最多的单元类型。常用的实体单元类型有solid45,solid92,solid185,solid187这几种，一般将其分为两类。,solid45,solid185可以归为第一类，他们都是六面体单元，都可以退化为四周体和棱柱体，单元的主要功能根本一样,(SOLID185还可以用于不行压缩超弹性材料)。,Solid92,solid187可以归为其次类，他们都是带中间节点的四周体单元，单元的主要功能根本一样。,3,单元类型的选择方法,单元类型选择概述,1、ANSYS的单元库供给了100多种单元类型，单元类型选择的工作就是将单元的选择范围缩小到少数几个单元上；,2、在选择单元时，首先应当遵循的原则是要能正确的计算模型，依据模型的几何外形选定单元的大类，如线状构造只能用“LINK Beam Pipe和Combin”这类单元去模拟；面状构造则只能用“Plane、Shell”这类单元去模拟；,3、其次应当依据分析问题的性质选择单元类型，如确定为2D的Beam单元后，应当依据分析问题是弹性的还是塑性确定为“Beam3”或“Beam4”等,4、在选择时，应当考虑到模型精度与模型计算量之间的取舍问题，例如高阶与线性之间的选择,4,一些常见问题,1.该选杆单元Link还是梁单元(Beam)这个比较简洁理解。杆单元只能承受沿着杆件方向的拉力或者压力，杆单元不能承受弯矩，这是杆单元的根本特点。梁单元则既可以承受拉，压，还可以承受弯矩。假设你的构造中要承受弯矩，确定不能选杆单元。,对于梁单元，常用的有beam3,beam4,beam188这三种，他们的区分在于：1)beam3是2D的梁单元，只能解决2维的问题。,2)beam4是3D的梁单元，可以解决3维的空间梁问题。,3)beam188是3D梁单元，可以依据需要自定义梁的截面外形。,2.对于薄壁构造，是选实体单元还是壳单元？,对于薄壁构造，最好是选用shell单元，shell单元可以削减计算量，假设选实体单元，薄壁构造承受弯矩的时候，假设在厚度方向的单元层数太少，有时候计算结果误差比较大，反而不如shell单元计算准确。实际工程中常用的shell单元有shell63,shell93。shell63是四节点的shell单元(可以退化为三角形)，shell93是带中间节点的四边形shell单元(可以退化为三角形),shell93单元由于带有中间节点，计算精度比shell63更高，但是由于节点数目比shell63多，计算量会增大。对于一般的问题，选用shell63就足够了。,3.实体单元的选择,假设所分析的构造比较简洁，可以很便利的全部划分为六面体单元，或者绝大局部是六面体，只含有少量四周体和棱柱体，此时，应中选用第一类单元，也就是选用六面体单元；假设所分析的构造比较简洁，难以划分出六面体，应中选用其次类单元，也就是带中间节点的四周体单元。,六面体单元和带中间节点的四周体单元的计算精度都是很高的，他们的区分在于：一个六面体单元只有8个节点，计算规模小，但是简洁的构造很难划分出好的六面体单元，带中间节点的四周体单元恰好相反，不管构造多么简洁，总能轻易地划分出四周体，但是，由于每个单元有10个节点，总节点数比较多，计算量会增大很多。,Solid45和Solid65的运用,Solid45 3-D实体。用于3维实体构造模型。8个节点，每个节点3个自由度，x,y,z三个方向。该元素有塑性，徐变，膨胀，应力强化，大变形和大应变力气。,Solid65 3维钢筋混凝土实体。该元素用含钢筋或不含钢筋的3维实体。该实体能被拉裂或压碎。用于混凝土时，例如，元素的实体力气可以用来模拟混凝土，而钢筋力气用来模拟钢筋性能。在其他状况下，该元素还可用于加固合成物如玻璃纤维和地质材料如石块。元素由8个节点定义，每个节点3个自由度：x,y,z方向。可以定义3个不同钢筋。混凝土元素与solid45相像，只是比它多了能被拉裂和压碎的力气。该元素最重要的方面是它具有非线性材料的性能。混凝土可以在三个正交方向开裂、压碎、塑性变形和徐变。钢筋可以抗拉压，但不能抗剪。也可以具有塑性变形和徐变的性能。,感谢！,