ansys软件ansys建模实例用英尺建的，用来分析轴承座，需输入弹性模量E＝30×106spi，老是显示如图。
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时间：2017-04-27 14:21
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轴承座有限元法分析与建模
&&ANSYS15.0软件建模分析
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你可能喜欢「干货」如何理解ANSYS弹塑性分析中的强化模型「干货」如何理解ANSYS弹塑性分析中的强化模型春先生百家号昨天在整理文档的时候，发现很早以前有朋友和我探讨ANSYS中强化模型的意义问题，当时我先把问题存在有道云笔记里，待有空的时候琢磨琢磨，结果后来竟然给忘记了，实在是不靠谱啊！那么既然如此，今天就把这个问题重新拿出来，聊一聊，不足的地方，还望各位同行补充。先来回顾一些概念什么时候才需要做弹塑性分析呢？线弹性分析阶段就是应力和应变成正比呗，即应力=应变*弹性模量，卸载以后一切恢复原状。一旦在达到材料的弹性极限后，继续加载，使材料进入塑性阶段，此时再卸载就无法恢复原状。那么在这个过程当中，构件产生的总应变就可以分为弹性应变和塑性应变两部分，弹性应变依然和应力存在正比的关系，关键就是如何建立起来塑性应变与由此产生的应力之间的关系呢？这就需要引入塑性模型( Plasticity Models)了。影响塑性应变的因素有很多，如加载历史(这就是为什么弹塑性分析要涉及到荷载步了)、温度、应力、应变率，以及一些内部因素，如材料的屈服强度、损伤等。那么，塑性模型如何来描述塑性发展的过程呢？ANSYS用三个准则来解决这个问题：屈服准则：加载过程中，一旦材料的等效应力超过屈服应力，程序判定进入塑性状态，这是解决一个从弹性到塑性的过渡点问题；流动准则：当构件发生塑性应变时，流动准则定义了应变方向，也就是说，流动准则可以描述在达到屈服后，在每一个荷载增量的作用下，塑性应变的各个分量是如何发展的；强化准则：描述了初始屈服准则随着塑性应变的增加是怎样发展的。关于“强化”，得多说几句，当材料经过屈服阶段的塑性变形后，卸载，再加载到屈服，新的屈服点要比原屈服点高一些。那第一次屈服点就对应着“初始屈服准则”，每一次的屈服都比上一次高一点，这个发展的过程就是强化。根据强化过程是不是与方向有关来区分，如果一个方向加载-卸载作用后，各个方向上的强化效果相同，就叫做“等向强化”；如果一个方向加载-卸载作用后，各个方向上的强化效果不同，就叫做“随动强化”。这里，等向强化和随动强化的区别，主要就在方向性上。对于一次单向加载，二者的区别不大，如果是反复加载，即构件既有受拉到屈服也有受压到屈服，这就应当用随动强化而不是等向强化来解决问题了。比如等向强化模型通常采用Von Mises(各向同性)屈服准则，对于金属、高分子多聚物，以及饱和地质材料等都可以有很好的近似度，但是其不适合用于微观结构和具有塑性膨胀性质的材料；随动强化模型可采用Hill(各向异性)屈服准则，屈服过程需要考虑应力方向与轴向的相对关系，可用于微结构或宏观金属的锻造过程。在各向异性坐标系统中，应力方向用单元坐标系统来定义，而在各项同性系统中，屈服应力是一个常量。在每种强化模型中，又分为三个类别：双线性、多线性和非线性。三者之间的区别见下图：双线性等向强化模型(BISO)多线性等向强化模型(MISO)非线性等向强化模型(NLISO)显而易见，三者都是用来描述应力-应变增长曲线的，而在这条非常重要的曲线当中，就给程序提供了屈服应力、模量等重要信息。不同之处呢，是在于描述的方式，双线性模型是用两条线段来描述，多线性模型是用多条线段来描述一个曲线增长的过程，而非线性模型则是用一段非线性函数来描述。那么，究竟什么情况该用哪种模型呢？如果有条件，一定要做实验，通过实验来判断适合哪种强化模型，以及具体的本构关系参数。等向强化模型通常在变形不大的问题上，毕竟真实结构中要保证各向同性实在是很困难的事，而当变形不大，应力偏量之间相互关系变化不大时，计算精度可以接受，适用于金属材料，以及岩土材料的静力分析过程。随动强化考虑了包辛格效应(拉伸过程强化使压缩过程的屈服应力减小)，适用于金属材料，或在循环反复荷载作用、动力荷载作用下的岩土材料。至于用双线性、多线性还是非线性，主要取决于目前掌握的该种材料的基本本构资料有哪些。钢筋混凝土材料，文献中用得比较多的是多线性等向强化模型(MISO)。关于MISO的数据输入，还可以参考这篇文章：ANSYS非线性分析MISO模型数据输入的问题输入与输出关于输入与输出，就不详细论述了，这方面许多书籍和教程上都有实例，这里介绍一下通常的“套路”：mp,ex,1,弹性模量 !定义第一种材料的弹性模量TB,强化模型种类,1 !为第一种材料选定强化模型TBDATA,1,…… !根据不同强化模型的需求进行赋值，有的是输入屈服应力和模量，有的则是输入应力-应变关系TBPLOT,强化模型名称,1 !绘制第一种材料的强化模型图TBLIST,强化模型名称,1 !列表显示第一种材料的数据如果考虑不同温度下的不同强化特征，则：TB,强化模型种类,材料编号,考虑的温度数量TBTEMP,第一种温度值TBDATA,材料编号,……TBTEMP,第二种温度值如此把每种温度下的材料属性都输入完成即可。在后处理中，弹塑性问题需要查看的结果也不只是各个方向的正应力之类，还需要以下几种：Equivalent Stress (SEPL) 等效应力，在硬化模型下，屈服应力的当前值，还记得在屈服准则中，看的是等效应力与输入的屈服应力之间的关系吧。Accumulated Plastic Strain (EPEQ) 累积塑性应变，指在变形历史中，塑性应变率在某一路径上的总和Stress ratio (SRAT) 应力率，是弹性应力与当前屈服应力的比值，是在荷载增量下产生塑性变形的指示指标，当该值>1时，说明当前产生塑性变形；当该值<1时，说明当前产生的是弹性变形；当该值=1时，当前恰好屈服本文内容由技术邻整编自“十千牛”，想要获取更多前沿技术资讯、专家干货，欢迎到技术邻官网查看哦，如您在工作或学习中遇到不明白的地方，也可以来技术邻（工程技术专家平台）上的问答专区提问哦，众多专家、技术大牛为你解疑答惑。本文由百家号作者上传并发布，百家号仅提供信息发布平台。文章仅代表作者个人观点，不代表百度立场。未经作者许可，不得转载。春先生百家号最近更新：简介:我胡乱聊聊，你随意听听，别太当真。作者最新文章相关文章基于ANSYS的轴承座结构分析
基于ANSYS的轴承座结构分析
一、有限元单元法与ANSYS简介
有限元法是一种基于变分法（或变分里兹法）而发展起来的求解微分方程的数值计算方法，该方法以计算机为手段，采用分片近似、进而整体逼近的研究思想求解物理问题。简而言之，其基本思想是里兹法加分片近似，可以归纳如下：
首先，将物体或解域离散为有限个互不成叠仅通过节点相互连接的子域（即单元），原始边界条件也被转化为节点上的边界条件，此过程称为离散化。
& 其次，在单元内，选择简单近似函数来分片逼近未知的求解函数，即分片近似。
最后，基于与原问题数学模型（基本方程和边界条件）等效的变微分原理或加权残值法，建立有限元方程（即刚度方程），从而将微分方程转化为一组以变量或其导数的节点为未知量的代数方程组，进而借助矩阵和计算机求解代数方程组得到原问题的近似解。
ANSYS是在20世纪70年代由ANSYS公司开发的工程分析软件，开发初期是为了应用于电力工业，现在已经广泛应用于航空航天、汽车工业、生物医学、桥梁、建筑、电子产品、重型机械、微机电系统、运动器械等领域。
ANSYS软件主要包括三个部分：前处理模块，分析计算模块和后处理模块。 前处理模块提供了一个强大的实体建模及网格划分工具，用户可以方便地构造有限元模型；ANSYS分析计算模块包括结构分析（可进行线性分析、非线性分析和高度非线性分析）、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的耦合分析，可模拟多种物理介质的相互作用，具有灵敏度分析及优化分析能力；ANSYS后处理模块可将计算结果以彩色等值线显示、梯度显示、矢量显示、粒子流迹显示、立体切片显示、透明及半透明显示（可看到结构内部）等图形方式显示出来，也可将计算结果以图表、曲线形式显示或输出。ANSYS软件提供了100种以上的单元类型，用来模拟工程中的各种结构和材料。
二、实体模型的建立
& 建立实体模型可以通过自上而下和自下而上两个途径：
1、自上而下建模，首先要建立体（或面），对这些体或面按一定规则组合得到最终需要的形状。
2、自下而上建模，首先要建立关键点，由这些点建立线、由线连成面等
&& 一般建模原则是充分利用对称性，合理考虑细节。
根据题中的轴承座，由于轴承座具有对称性，只需建立轴承座的半个实体对称模型，在进行镜像操作即可。采用自下而上的建模方法得到如下图1所示的三维实体模型：
（1）生成长方体
Menu：Preprocessor&Modeling-&Create&Volumes-&Block&By
Dimensions
输入x1=0,x2=60,y1=0,y2=20,z1=0,z2=60
平移并旋转工作平面
Utility Menu&WorkPlane&Offset WP
by Increments
X,Y,Z Offsets 输入45,25,15 点击Apply
XY，YZ，ZX Angles输入0，－90，0点击OK。
创建圆柱体
Menu：Preprocessor&Create&Cylinder&
Solid Cylinder
Radius输入15/2, Depth输入－30,点击OK。
拷贝生成另一个圆柱体
Menu：Preprocessor&Copy&Volume拾取圆柱体,点击Apply,
DZ输入30然后点击OK
从长方体中减去两个圆柱体
Menu：Preprocessor&Operate&Subtract
Volumes首先拾取被减的长方体，点击Apply,然后拾取减去的两个圆柱体，点击OK。
使工作平面与总体笛卡尔坐标系一致
Utility Menu&WorkPlane&Align WP
with& Global Cartesian
（2）创建支撑部分
Main Menu:& Preprocessor -&
-Modeling-Create -& -Volumes-Block -&
By 2 corners & Z
在创建实体块的参数表中输入下列数值:
Width = 30
Height = 35
Depth = 15
Toolbar:& SAVE_DB
（3）偏移工作平面到轴瓦支架的前表面
Utility Menu: WorkPlane -& Offset WP
to -& Keypoints +
在刚刚创建的实体块的左上角拾取关键点
Toolbar:& SAVE_DB
（4）创建轴瓦支架的上部
&Main Menu: Preprocessor
-& Modeling-Create -&
Volumes-Cylinder -& Partial
Cylinder& +
1).&& 在创建圆柱的参数表中输入下列参数:
Theta-1 = 0
Rad-2 = 30
Theta-2 = 90
Depth = -15
或者在 by dimensions 下建立圆柱体，输入相应的参数，其余圆柱的创建方式相同。
Toolbar:& SAVE_DB
（5）在轴承孔的位置创建圆柱体为布尔操作生成轴孔做准备
Main Menu: Preprocessor -& Modeling-Create
-& Volume-Cylinder -& Solid Cylinder
1.)& 输入下列参数:
Radius = 20
Depth = -3
2.)& 拾取 Apply
3.)& 输入下列参数:
Radius = 17
Depth = -40
4.)&&& 拾取
（6）从轴瓦支架“减”去圆柱体形成轴孔.
Main Menu: Preprocessor -& Modeling-Operate
-& Subtract -&
Volumes& +
拾取构成轴瓦支架的两个体，作为布尔“减”操作的母体。单击Apply
拾取大圆柱作为“减”去的对象。单击Apply
3.&& 拾取步1中的两个体，单击Apply
4.&& 拾取小圆柱体，单击OK
Toolbar:& SAVE_DB
合并重合的关键点：
&Main Menu & Preprocessor &
Numbering Ctrls & Merge Items &
将Label 设置为 “Keypoints”, 单击 [OK]
（7）创建一个关键点
在底座的上部前面边缘线的中点建立一个关键点:
&Main Menu & Preprocessor &
-Modeling- Create & Keypoints & KP
between KPs +
&拾取如图的两个关键点,单击[OK]
&RATI = 0.5,单击[OK]
（8）创建一个三角面并形成三棱柱
Main Menu & Preprocessor
& -Modeling- Create & -Areas-
Arbitrary & Through KPs +
1.&& 拾取轴承孔座与整个基座的交点。
2.&& 拾取轴承孔上下两个体的交点
拾取基座上上步建立的关键点，单击OK完成了三角形侧面的建模。
4． 沿面的法向拖拉三角面形成一个三棱柱。
&Main Menu & Preprocessor &
-Modeling- Operate & Extrude &
-Areas- Along Normal +
&拾取三角面, 单击 [OK]
5.&& 输入DIST = -3，厚度的方向是向轴承孔中心,
Toolbar:& SAVE_DB
(9)关闭 working plane display.
Utility Menu: WorkPlane -& Display Working Plane
(toggle off)
(10)粘接所有体.
Main Menu: Preprocessor -& Modeling-Operate
-& Booleans-Glue -&
Volumes& +
Toolbar:& SAVE_DB
三、网格划分&&&&&
网格划分是有限元分析的关键环节，有时候好的网格划分不仅可以节约计算时间，而且往往是求解成功的关键。划分网格一般包括以下三个步骤：定义单元属性（TYPE、REAL、MAT）、制定网格的控制参数、生成网格。
为了精确揭示轴承座的应力、变形情况，建模时考虑到轴承座的对称剖分式，它的具体结构和载荷具有对称性，因此我们取一个轴承座的一半进行分析。在进行划分网格时，单元类型采用20节点的SOLID95六面体单元，使用扫掠网格对体进行划分，同时对网格划分进行控制，是那些不能进行扫掠的部分实体自动进行四面体网格划分。具体步骤如下：
1、定义材料属性：
依次选择Main
Menu-&Preprocessor-&Material-&Structural-Linear-Elastic-Isotropic
在弹出来的对话框中指定线弹性材料的弹性模量EX=2.07e11pa,泊松比PRXY=0.3,单击OK按钮
确定操作无误后，在工具栏中选择保存数据库按钮（SAVE-DB），保存数据库文件。
2、用网格划分工具Mesh Tool将几何模型划分单元
& 依次选择Main
Menu-&Preprocessor-&Mesh
Tool,启动网格划分工具，将智能网格划分（Smart Sizing）设定为“on”;将滑动码设置为“8”；确认Mesh
Tool的各项为“Volumes”,“Tet”和“Free”;单击MESH按钮，然后选择Pick
all按钮，单击OK按钮。关闭Mesh Tool对话框。效果图如下所示：
确定操作无误后，在工具栏中选择保存数据库按钮（SAVE-DB），保存数据库文件。
四、轴承座载荷的施加
& 1、根据已有条件有：
轴承孔所受到的径向合力为Fr=18xN;
轴承孔半径r=17
轴承孔厚度b=12mm。
由于我们只截取一半模型进行结构分析，故半个轴承座孔的径向均布载荷&P0=
=,而实际情况轴承孔所承受的并非均布载荷，轴承孔最下部分受载荷最大，左右两腰部分所受载荷最小几乎为零，即轴承座孔面上所受载荷是非线性的。故，我们将其近似为P1=P0x0.75=。轴向均布压力载荷P2=0.2P0=。
2、轴承座的约束情况：
根据实际结构和安装情况，轴承座是靠底座的四个螺栓孔与安装基座相连接来实现固定的，此处为刚性约束，可以在其孔面上施加限制X、Z方向的对称约束，而在底面边线上施加Y方向上为应为零的约束。这样与实际情况基本相符。
3、具体模型加载步骤如下：
（1）约束两个安装孔
依次选择Main Menu: Solution→Define
Load→Apply→Structural→Displacement →Symmetry B.C. →On Areas
拾取两个安装孔的4个柱面（每个圆柱面包括两个面），单击OK
(2)在整个基座的底部施加位移约束（UY=0）
依次选择Main Menu: Solution→Define
Load→Apply→Structural→Displacement →on Lines +
拾取基座底部的三条边界线，picking menu中的“count”应等于3，单击OK，选择 UY
作为约束自由度，单击OK。
(3) 在导孔端面上施加推力载荷（面载荷）
Main Menu: Solution→Define
Load→Apply→Structural→Pressure→On
Areas→拾取轴承孔上宽度为“3”的所有面→OK→输入面上的压力值“
&(4)用箭头显示压力值
& 依次选择Utility
Menu-&PlotCtrls-&Symbols，将“Show pres
and convect as”选项为“Arrows”，单击OK按钮。
（5）在轴承孔的下半部分施加径向压力载荷
依次选择Main Menu: Solution→Define Load→Apply→Structural→Pressure→On
Areas→拾取宽度为17的所有柱面→OK→输入压力值
&依次选择Main
Menu-&Solution-&Solve-Current
LS,浏览状态窗口中出现的信息，然后关闭此窗口；单击OK按钮（开始求解，并关闭由于单元形状态检查而出现的警告信息）；求解结束后，关闭信息窗口
最终得到的模型加载如下图所示：
4、求解及结果分析
米塞斯等效应力图
第一主应力图
X方向应力图
Y方向应力图
Z方向应力图
五、学习总结
5、学习总结
这学期学习了《机械结构有限元分析——ANSYS与ANSYS
Workbench工程应用》，这是一门很重要的专业基础课，在学的过程中遇到了不然难题，但在上机实验的过程中，按照老师所给例子以及操作步骤使我操作起来书上面的例子也熟悉了。可以说这些例子的操作还是很好的加深了我对这个软件的学习应用，但是，现在来说，仅仅知道这些实在是太有限了，其实很早就感受到了这个，我也知道要补充理论知识，要熟悉原理才行。但是还是没有很好的熟悉这些内容，如果想熟练运用这个软件我有几个事情要做：
熟悉有限元方法的理论和求解过程，程序设计。只有深入了解了这些，才能很好的理解软件的操作根据和目的；《有限元方法》
这个软件应该是力学上发展起来的，用再电磁学上的书介绍的都是应用，很多操作不知道为什么，应该还是要看看力学的书，熟悉建模和网格划分的方法，怎么划分最合适；《有限元方法建模和网格划分》
如果可以熟练运用，用处是很大的。我要把这个软件用熟，我要实际运用来分析。
注：本文有误，仅供参考，可参考我的相关博文
我的更多文章：
( 07:42:27)
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X-Y平面单元: 在整体笛卡尔X-Y平面内（模型必须建在此面内），有几种类型的 ANSYS单元可以选用。其中任何一种单元类型只允许有平面应力、平 面应变 、轴对称、或者谐结构特性。L K O P Y (or Axial) N I M J X (or Radial) I P M J Triangular Option N K,L,OANSYS TRAINING 单元类型主要单元类型举例C 平面应力 假定在Z方向上的应力为零， 主要有以下特点： ? 当Z方向上的几何尺寸远远小于X和 Y方向上的尺寸才有效。 ? 所有的载荷均作用在XY平面内。 ? 在Z方向上存在应变。 ? 运动只在XY平面内发生。 ? 允许具有任意厚度 (Z方向上) 。平面应力 分析是用来分析诸如承受面内载荷的平板、承受压力或远 离中心载荷的薄圆盘等结构。ANSYS TRAINING 单元类型主要单元类型举例C 平面应变 假定在Z方向的应变为零， 主要具有以下特点： ? 当Z方向上的几何尺寸远远大于X 和Y方向上的尺寸才有效。 ? 所有的载荷均作用在XY平面内。 ? 在Z方向上存在应力。 ? 运动只在XY平面内发生。平面应变分析是用于分析那种一个方向的尺寸（指定为总体Z方向）远远大 于其它两个方向的尺寸，并且垂直于Z 轴的横截面是不变的。ANSYS TRAINING 单元类型主要单元类型举例C 轴对称 假定三维实体模型是由XY面内的 横截面绕Y轴旋转360o 形成的（管，锥 体，圆板, 圆顶盖，圆盘等）。 ? 对称轴必须和整体 Y 轴重合。 ? 不允许有负 X 坐标。 ? Y 方向是轴向，X方向是径向， Z方向 是周向。 ? 周向位移是零；周向应变和应力十分 明显。 ? 只能承受轴向载荷（所有载荷）。HoopANSYS TRAINING 单元类型主要单元类型举例C 谐单元 将轴对称结构承受的 非轴对称载荷分解成傅立叶 级数。傅立叶级数的每一部 分独立进行求解，然后根据 再合并到一起。谐单元较常用于单一受扭或 受弯的分析求解，其中受扭 和受弯对应于傅立叶级数的 第1和第2项。LO P y I x M J 单元坐标系 (显示的是 KEYOPT(1)=0情形) N I K PK,L,ON JM Triangular OptionY (Axial)X (Radial)ANSYS TRAINING 单元类型主要单元类型举例C 谐单元 - 举例： 假定一承受剪 力，弯矩，和/或者扭矩的轴。M T V轴上的扭矩以傅立叶级数的一项施加到轴上。这时，除了扭矩 外，事实上是一般的轴对称问题。弯矩和横向剪力可以分别作为傅立叶级数的其它两项施加到轴上。谐单元还可以用于实际当中的任意循环分布载荷，这可能需要分解 成50-100项傅立叶级数才能得到满意的结果。ANSYS TRAINING 单元类型主要单元类型举例?壳单元: C Shell (壳)单元用于薄面板 或曲面模型。 壳单元分析应用的基本原 则是每块面板的主尺寸不 低于其厚度的10倍。ANSYS TRAINING 单元类型主要单元类型举例? 三维实体单元:L Y R Q O Z I M J N KC 用于那些由于几何、材 料、载荷或分析结果要 求考虑的细节等原因造 成无法采用更简单单元 进行建模的结构。PXTetrahedron meshC 四面体模型在用CAD建 模往往比使用专业的 FEA分析建模更容易， 也偶尔得到使用。Brick meshANSYS TRAINING 单元类型主要单元类型举例?专用单元: C 专用单元 包括接触单元 用于构件间存在接触面的 结构建模，如涡轮盘和叶 片，螺栓头部和法兰，电 触头，以及O-圈等等。 C 做好接触分析要求有这方 面的知识和经验。FSLIDE M or M/2K1 GAP M or M/2 K2 J CI ZYXANSYS TRAINING 单元类型其它可供选择的单元类型?线性单元 / 二次单元 / p单元: 一旦你决定采用平面、三维 壳或者三维实体单元，还需要进 一步决定采用线性单元、二次单 元或P单元。 线性单元和高阶单 元之间明显的差别是线性单元只 存在 “角节点”，而高阶单元还 存在 “中节点”。下面还提到一 些差别。C 线性单元内的位移按线性变化， 因此(大多数时)单个单元上的应力 状态是不变的。 C 二次单元内的位移是二阶变化的 ，因此单个单元上的应力状态是 线性变化的。 C p单元内的位移是从2阶到 8阶变 化的，而且具有求解收敛自动控 制功能，自动分析各位置上应当 采用的阶数。ANSYS TRAINING 单元类型其它可供选择的单元类型我们有必要讲述一下ANSYS中各线性概念之间的区别。 ? 线性分析 是指不包含任何非线性影响(如：大变形，塑性，或者 接触)。 ? 线性方程 求解器 是指 方程组解就是结构的自由度解。即使是 非线性分析，这些方程还是线性的 (但必须进行多次求解)。? 线性单元 假定单元内的自由度按线性变化 (跟二次单元, 三次单元, 或 p单元相比)。ANSYS TRAINING 单元类型其它可供选择的单元类型? 线性单元 / 二次单元 / p单元(续): 在许多情况下，同线 性单元相比，采用更高阶类型的单元进行少量的计算就 可以得到更好的计算结果。下面是根据不同分析目的进 行单元选择的情况。Objective Linear elements Quadratic elements p-elements (linear s tructural analys is only)Highly accurate stresses, or temperatures with high gradients Deflections, nominal stresses, or temperatures- mild gradientsFiner mesh, higher #dof required for same accuracy compared to quadratic or p Not usually a problem unless mesh is very coarseAlmost always allow coarser mesh, lower #dof than linearAllow much coarser mesh for same accuracy- solution time may be & or & quadratic Any mesh representing the geometry will almost always be OKShould allow coarser mesh, lower #dof than linearANSYS TRAINING 单元类型其它可供选择的单元类型?线性单元 / 二次单元 / p单元(续): 在 进行单元选择时应考虑的其它因素。 C 线性单元的扭曲变形可能引起精度 损失。更高阶单元对这种扭曲变形 不敏感。 C 就求解的精度的差别讲，线性单元 和二次单元网格之间的差别远没有 平面单元和三维实体单元网格之间 的差别那么惊人之大。所以经常使 用线性壳单元。高度扭曲的二次情形 (非平行对边)ANSYS TRAINING 单元类型其它可供选择的单元类型? 线性单元 / 二次单元 / p单元(续): C 大多数二次单元允许忽略部分 或所有边的中节点 - 但是，在 没有中节点的边上，你只能得 到线性结果。如果所有中节点均不存在，该单元就变成了线 性单元，计算精度也随之降低 (由于转化成线性单元的二次单 元和块单元具有“不相容的位 移模式”，并引起单元弯曲)。ANSYS TRAINING 单元类型其它可供选择的单元类型?线性单元 / 二次单元 / p单元(续): C 更高阶的单元模拟曲面的精度就越高。低阶单元更高阶单元ANSYS TRAINING 单元类型其它可供选择的单元类型? 线性单元 / 二次单元 / p单元(续): C 采用越来越高阶的单元，给曲线结构划分越来越稀疏的单元网格， ANSYS开始向你发出警告，甚至发出由于单元扭曲变形超过单元 允许范围而引起网格划分失败的信息。其原因是，由于模型表面单 元的弯曲程度过大，使部分中节点偏离了自身位置， 最终决定了 你能划分单元网格的稀疏程度。同其它软件一样，ANSYS程序允 许用更高阶的直边单元划分网格 (降低了实际几何模型的精度，特 别是对于p单元而言，通常极不理想)，也允许用不带中节点的更高 阶单元划分单元网格 (即降低了几何模型的精度，又降低了单元精 度，所以在通常情况下更不理想)。所以，一般建议采用尽可能稀 疏的单元网格，而又不至于出现形状检查警告。ANSYS TRAINING 单元类型其它可供选择的单元类型? 线性单元 / 二次单元 / p单元(续): C 不能将接触单元同具有中节点的单元连起来 ( 仅对于节 点-节点和节点-面接触单元而言-- 对于面-面接触单元则 是允许的)。类似地，在热分析问题中， 不能将辐射link 单元或者非线性对流表面添加到具有中节点的单元上。(不建议)(建议)C 在非线性材料特性区域内，二次单元并不比线性单元更 有效。ANSYS TRAINING 单元类型其它可供选择的单元类型四边形单元 / 三角形单元，块单元 / 四面体单元: 针对平面或者三维壳体分析模型而言，四边形单元和三角 形单元是有差别的，下表列出了这些差异。?Factor Quadrilaterals TrianglesQuality of resultsMesh generation method(s)Excellent for high order quads, good for near parallelogram linear quads, poor for non-parallelogram linear quads Unstructured (“free”) mesh of quads is possible for any area, but may contain a few triangles Structured mesh of quads is possible in 3 or 4-sided areas onlyExcellent for high order triangles, very poor for linear triangles Unstructured (“free”) mesh of triangles is possible for any areaANSYS TRAINING 单元类型其它可供选择的单元类型? 四边形单元 / 三角形单元，块单元 / 四面体单元(续):全部采用三角形单元网格是很少见的。给面进行单元网格划分的实质问 题是，你是否允许模型中存在一些三角形单元网格。实际上，各处存在 三角形单元会相当麻烦，但是应当仔细思考下列问题: C 如果采用更高阶单元，三角形单元的计算精度接近于二次单元。所 以，全部采用二次单元网格也是不可能的。 C 如果你采用线性单元，三角形单元就十分糟糕- 但是，不这样会使四 边形单元网格扭曲。除了多数不重要的结构外，任何四边形单元网 格(结构的或者非结构的)不得不包含部分形状糟糕的三角形单元网格 。所以，还是不可能全部采用四边形单元。ANSYS TRAINING 单元类型其它可供选择的单元类型? 四边形单元 / 三角形单元，块单元 / 四面体单元(续): 对三维实体分析模型而言，块单元和四面体单元是有差别的， 下表列出了这些差异。Factor Bricks (Hexahedra) TetrahedraQuality of results per degree of freedomMesh generation method(s)Excellent for high order bricks, good for near parallelepiped linear bricks, poor for non-parallelepiped linear bricks Extruded mesh of bricks (and possibly wedges and/or tetrahedra) can be created while sweeping areas to form volumes Structured mesh of bricks is possible in brick-, wedge-, or tetrahedron-shaped volumes onlyVery good for high order tetrahedra, very poor for linear tetrahedraUnstructured (“free”) mesh of tetrahedra is possible for any volume, but meshing can be time-consumingANSYS TRAINING 单元类型其它可供选择的单元类型? 四边形单元 / 三角形单元，块单元 / 四面体单元(续):建立三维实体模型需要作出下列选择： C 使用四面体单元划分网格 ? 采用简便方法建立实体模型。 ? 选用二次单元或者 p单元。 或者 C 使用块单元划分单元网格 ? 选用块单元网格建立实体模型。通常需要花费更多 时间和精力。 ? 划分子区域 ? 连接处理 ? 延伸 ? 采用任何块单元。ANSYS TRAINING 单元类型其它可供选择的单元类型? 四边形单元 / 三角形单元，块单元 / 四面 体单元(续): 为什么使用四面体单元划分单元网格会有 这么大的困难呢？C 过去，有限元模型全部采用线性四面体 单元网格 (这种模型十分“粗糙”)。 现在，使用二次单元和p单元的有限元 模型变得相当理想了。 C 四面体单元模型的自由度几乎是同等精 度的块单元单元模型的3到10倍。迄今 求解器技术取得了很大突破，大多数分 析者还是没有高性能的计算机来求解无 关紧要的四面体单元模型。四面体单元网格: 679 个单元 1230 个节点块单元网格: 125 个单元 216 个节点ANSYS TRAINING 单元类型其它可供选择的单元类型? 四边形单元 / 三角形单元，块 单元 / 四面体单元(续): 还有其它一些因素帮你作出选 择： C 做接触分析，使用四面体 单元划分网格时还需要进 行一些处理，消除接触面 上的中节点 (只针对节点节点接触单元和节点-面接 触单元，而面-面接触单元 则不需要)。 C 长或薄结构划分成块单元 网格可能更理想。potential contact regionANSYS TRAINING ANSYS 分析采用的单位制? 除电磁分析以外，你不必为ANSYS设置单位系统。简单地确定 你将采用的单位制，然后保证所有输入数据均采用该种单位制 就可以 (即，ANSYS不能自动进行单位转换)。 ? 你确定的单位制将影响尺寸、实常数、材料特性和载荷等的输 入值。ANSYS TRAINING 单元公式? 不同材料行为、不同结 构行为选用不同单元公式高频电磁反射计算滤波器ANSYS TRAINING 单元公式? 传统位移方法 困难：剪切锁定、体积锁定 Solid45 KEYOPT(1)=1 由于剪切锁定而很少使用 ? 非协调模式 (附加形函数) Solid45 缺省选项，弯曲变形 ? 选择缩减积分 (B-Bar) 几乎不可压缩材料，体积变形 ? 一致缩减积分 (URI) 几乎不可压缩材料，弯曲变形 ? 混合 U-P 公式 不可压缩材料，超弹性ANSYS TRAINING 单元公式为何有如此多的不同单元公式? ? 普通非线性求解非常费时，采用不同的单元技术可 更加有效地解决各种类型的非线性问题。 ? 不同材料行为 (弹性、塑性、超弹性) 和不同的结 构行为 (体积变形、弯曲) 需要选择不同的单元公 式。ANSYS TRAINING 单元公式? 单元手册中对每一种单元的定义、特点、适用 范围、输入、输出做了详细说明。? 应该习惯于随时查看单元手册。? 手册的综述部分应该耐心阅读ANSYS TRAINING 传统单元公式? 传统的基于位移的单元有两个问题: 剪切锁定和体积锁定: C 剪切锁定导致弯曲行为过分刚化 (寄生剪切应力)。当细的构件承 受弯曲时，这是一种几何特性。 C 体积锁定导致过度刚化 响应。当泊松比接近或等于0.5时，这是 一种材料特性。 ? 重点讨论用不同单元公式解决这两个问题的方法。主要讨论连续(实 体) 单元。? 由于非线性分析花费计算机时间太多，所以有些单元公式也提供了 更有效地解决非线性问题的方法。ANSYS TRAINING 剪切锁定在弯曲问题中，完全积分低阶单元呈现“ 过分刚硬”。在弯曲中这种 公式包括实际上并不存在的剪切应变，称为寄生剪切。 (从纯弯曲中 的梁理论可知剪切应变gxy = 0)yMMxMM微体积纯弯曲变形中，平直断面 保持平直，上下两边变成圆弧， gxy = 0。完全积分低阶单元变形中，上下两边 保持直线，不再保持直角， gxy不等 于0。ANSYS TRAINING 剪切锁定的实例? 当长厚比增加时，模型更容易剪切锁定.C因为寄生的剪切应变/应力，所以产生的位移被低 估。 C下面的例子是弯曲中的梁。 这种情况下剪切应力 接近于零，如 SXY 等高线图中所示，发生了剪切 锁定。ANSYS TRAINING 体积锁定? 材料行为是几乎或完全不可压缩时(泊松比接近或 等于 0.5)，在完全积分单元中发生体积锁定。C超弹材料或塑性流动可发生不可压缩(后面讨论)。 C单元中产生的伪压应力导致单元对不会引起任何体积变 化的变形“过度刚化”。 C体积锁定也会引起收敛问题。? 各种应力状态都会发生体积锁定，包括平面应变、 轴对称及3-D 应力。C对平面应力问题不会发生体积锁定，因为平面外应变用 于满足体积不可压缩条件。ANSYS TRAINING 体积锁定? 泊松比接近或等于0.5引起数值上的困难: p ? ? ??v1 ?s x ? s y ? s z ? 3 E ?? 3?1 ? 2? ? ?v ? ? x ? ? y ? ? z ? ??1 ? 2? ? ?Es x ?s y ?s z ?? 由于泊松比接近0.5, 体积模量无穷大，体积应变接近零 。 ? 反过来说，很小的体积应变（可能是误差）将会引起极大 的静水压力（伪压力）。ANSYS TRAINING 体积锁定? 由于体积应变由位移的导数计算出，所以其值不如 位移精确。 体积应变中任何小的误差在静水压力 中被放大，这反过来又会影响位移计算。 ? 导致不会引起任何体积改变的位移无法产生，网格 会 ‘锁定’。ANSYS TRAINING 体积锁定实例? 体积锁定可通过压应力“ 棋盘 状”模式 (相邻单元间变化显著 ) 检测出。 可用单元等值线绘 图(PLESOL)绘制静水压力 (HPRES)等值线来验证此行为。? 如怀疑存在体积锁定，可试细 分高静水压力区域的网格或改 变单元类型。ANSYS TRAINING 单元公式? 下面的各部分介绍用以克服剪切和体积锁定的单元 技术。? 非协调模式 (特殊形状)：形函数，剪切锁定、体积锁定? 选择缩减积分 (B-Bar)：积分方案，体积锁定 ? 一致缩减积分 (URI) ：积分方案，剪切锁定、体积锁定? 混合 U-P 公式：特殊自由度，体积锁定ANSYS TRAINING ? 作为一个简单的解释，剪切锁定和体积锁定是由于系统 的过度约束。 ? 利用不同的单元公式通过放松约束或引入附加的方程求 解这些约束来解决这个问题。Re la x Constrai nts Ele me nt (Reduce d Formul ation Inte gra ti on) B-Bar URI ES M ixed U-P x x x x Addi tiona l Equati ons (Add Extra DOF)? 不幸地是, 没有现成的单元公式能最有效地解决锁定问题. 因此在下面部分将从正反两方面来讨论每个公式。ANSYS TRAINING 18X单元目前在 18x 单元中有四个不同的单元技术: B-Bar, URI, 增强应变和混合 U-P。它们用于处理剪切和体积锁 定:FullyIncompressible (Hyperelasticity) Shear Locking (Bending) NearlyIncompressible (Plasticity, Hyperelasticity)Y Y Y YB-Bar Enhanced Strain URI M ixed U-PY Y Y YY YHigher-Order ElementsN Y Y NLower-Order ElementsElement TechnologyN N N YC高阶 18x 单元 (PLANE183, SOLID186-187) 通常用 URI。 C缺省时低阶 18x 单元 (PLANE182, SOLID185) 用 B-Bar。 CB-Bar 和增强应变不能用于高阶单元。 C混合U-P 技术独立于其它技术, 所以可以和B-Bar, 增强应变或 URI联合 使用。ANSYS TRAINING 单元公式的选择? 单元选项允许用户选择合适的单元公式。C Main Menu & Preprocessor & Element Type & Add/Edit/Delete? “Options” button in dialog boxSOLID185 实例: D完全积分” 是 B-Bar D缩减积分”是 URI 增强应变是第三个选项 “纯位移” 是缺省值 也可选择“混合 U/P‖C 若用命令,? KEYOPT(1) 用于PLANE182 的 B-bar, URI 和增强应变 ? KEYOPT(2) 用于SOLID185 的 B-bar, URI 和增强应变 ? KEYOPT(6) 用于所有实体/平面 18x 单元的混合U-P。ANSYS TRAINING 增强应变低阶完全积分单元的形函数可被表示常曲率状态的模式所增强，这些 增加的模式作为内在的自由度，因其导致网格的缝隙和重叠而被称为 非协调模式。F 2FF 2F F 非协调模式F 2FF 2F FFF无非协调模式ANSYS TRAINING 增强应变? 记住增强应变为弯曲和几乎不可压缩应用而设计C 增强应变不能用于完全不可压缩分析，但对PLANE182 和 SOLID185 可以与混合U-P公式结合使用，在下节讨论。? 增强应变有上述优点，但更耗费计算机时间C 前面幻灯片提到的附加内部 DOF 被凝聚在单元层次，但仍额外消 耗计算机时间 (和更大的 *.esav 文件)。? 只有低阶四边形 PLANE182 和 六面体 SOLID185 支持增强 应变。C 如果单元扭曲，则增强应变在弯曲中将不利，尤其是梯形单元。ANSYS TRAINING 选择缩减积分? 选择缩减积分 (又名B-bar 方法, 持续膨胀单元) 用 低一阶的积分方法对体积项积分。C应力状态可分解为静水压力 (p) 和偏差应力 (s)两项 。s ? p?s p ? ?? v s ? 2G? d s ? ?? v ? 2G? d上面的方程中, ?v 是体积应变，?d 是偏差应变. ? 是体 积模量, G 是剪切模量。ANSYS TRAINING 选择缩减积分C应变通过下式和位移相关:?B ? ? ?Bv ? ? ?Bd ? ? ?Bv ?dV ?B ? ??? ? ?B ??u V ?B? ? ?Bv ?? ?Bd ?vC而计算 [B] 时, 。对体积项和偏差项使用不同的积分阶数[Bv] 以一个积分点计算 (缩减积分) 另一方面, [Bd] 以 2x2 积分点计算 (完全积分)ANSYS TRAINING 选择缩减积分（体积）? 如前一幻灯片所示， [B] 的体积项和偏差项不是以同 一积分阶数计算，只有体积项用缩减积分，这就是该方 法称为选择缩减积分的原因。 因为[B]在体积项上平均 ，因此也称为 B-bar 法。?? ? ?B ? ?u? 体积项[Bv]缩减积分的事实使 [Bv]因为没有被完全积 分而 ‘软化’， 这样允许求解几乎不可压缩行为和克 服体积锁定。 ? 然而，因为偏差项 [Bd]不变，仍然存在寄生剪切应变 ，所以这个公式仍然容易剪切锁定。 ? 具有选择缩减积分的单元有：plane182, solid185ANSYS TRAINING 选择缩减积分总结? 总之, 选择缩减积分在体积变形占优势的问题中对几乎 不可压缩 材料行为 (如塑性, 超弹性)有用。C单独的B-Bar 法对完全不可压缩问题不适用，但可以和混合 U-P 单 元(以后讨论)结合用于完全不可压缩材料。 CB-Bar 法不能用于弯曲占优势的模型。? 某些单元支持选择缩减积分:C可用于平面应变、轴对称和 3D 应力状态。 体积锁定对平面应力不 是问题, 所以在这种情况下不需要 B-Bar 法。 C缺省时 PLANE182 和 SOLID185 用 B-Bar 法 (KEYOPT(1)=0)。能用 于各种本构模型。ANSYS TRAINING 一致缩减积分? 一致缩减积分 (URI) 采用比数值精确积分所需要的阶数 低一阶的积分公式Element Type 4 Node Quad 8 Node Quad 8 Node Hex 20 Node Hex Full Integration Order 2x2 3x3 2x2x2 3x3x3 Reduced Integration Order 1x1 2x2 1x1x1 2x2x2? 这和选择缩减积分类似，但体积和偏差项都 用缩减积分 。 ? 这个公式更灵活，可帮助消除剪切和体积锁定。C体积项的缩减积分可以求解几乎不可压缩问题。 C偏差项的缩减积分防止弯曲问题中的剪切锁定。? 然而URI可能会引起应变能为零的变形模式，这被称为零能量或沙漏模 式。ANSYS TRAINING 沙漏模式? 沙漏模式是由于变形而引起零应变能的变 形模式。? 如右图所示两例，在只有一个积分点的低 阶单元中，此单个积分点未获得任何单元 应变能。这可导致出现不切实际的行为。ANSYS TRAINING 沙漏模式? 沙漏模式通常只是低阶URI单元中的问题。只要在每一个方向上有 多于一个的单元, 高阶 URI 单元的零能量模式就不会传播。? 为控制沙漏模式 ANSYS 使用一个小的沙漏刚度来控制变形的零能 量模式。 ANSYS 为沙漏刚度提供了缺省值。大部分情况下可直接 使用缺省值，但也可以用一个实常数缩放因子改变沙漏刚度。 ? 任何情况下都应该监控由沙漏模式产生的“ 虚假能量”，可以用 单元表格项 AENE 来存储“ 虚假能量”。最好使“ 虚假能量” 与总能量的比值(AENE/SENE)小于 5%。ANSYS TRAINING 一致缩减积分?有URI公式的 ANSYS低阶单元包括: Plane182、Solid185、 Solid45 和 Shell181。 如果模型中发生沙漏模式，推荐采取的步骤按优先顺序排列 如下所示： ?去掉点载荷和点约束 ?细化网格 ?采用其它可选单元类型 ?增大沙漏刚度缩放因子 ?有URI公式的 ANSYS高阶（二次）单元包括: Plane82 （采用 2 x 2 高斯积分规则）、Solid95 （采用 2 x 2 x 2 高斯积分）。只有一个零能量模式，并且只要模 型中有不止一个单元，零能量模式就不会传播。推荐大部分应用采用这些单元，因其一般无沙漏模式困难。ANSYS TRAINING 一致缩减积分? 另一方面，用户在使用URI 时需要注意一些事情:C低阶 URI 单元容易沙漏，需要检查。 C低阶 URI 单元太柔软，尤其在弯曲占优势的问题中，因此需要细化 网格以使位移不被高估。 C低阶和高阶URI 单元的积分公式都比完全积分低一阶。这意味着对 低阶单元应力在1点求值，对高阶单元在 2x2 或 2x2x2点 求值。因 此，需要更多单元来捕捉应力梯度。 CURI 不能用于完全不可压缩分析。ANSYS TRAINING 一致缩减积分? 缺省时大多数 ANSYS 高阶结构单元 （PLANE82, PLANE183, SOLID186)）用 URI，这是因为高阶单元 不易沙漏且有许多优点，所以很具吸引力。CSOLID95 采用修正的14-点积分格式，但当 KEYOPT(11)=1 时 采用 URI? 缺省时大多数低阶单元不采用 URI 。对SOLID45 和 SOLID185 （KEYOPT(2)=1）或 PLANE182（ KEYOPT(1)=1）时 URI 被激活C对 PLANE42, URI 不可用，建议采用支持 URI 的 PLANE182 C除非特殊需要 （如与 LS-DYNA 单元兼容）, 对低阶单元鼓 励用户采用 B-bar 或增强应变代替URI。ANSYS TRAINING 混合U-P公式? 混合 U-P 单元(又名杂交单元或 Herrmann 单元) 通过内 插(并求解)静水压力做为附加自由度来处理体积锁定。C 单独的内插函数用于位移和静水压力DOF。 C 由于压力可单独求解，所以静水压力的精度和体积应变、体积模量 或泊松比无关.? ANSYS 中有两种方法实现混合u-pC 对几乎不可压缩用基于惩罚的混合U-P C 对几乎和完全不可压缩用Lagrange 乘子法ANSYS TRAINING 基于惩罚的混合U-P? 基于惩罚的混合 U-P 的基本方法是通过体积约束方程把静 水压力(p)自由度在单元层次凝聚掉。这样, 刚度矩阵仍 基于位移而不必担心附加自由度。C 该公式用于超弹材料 (Mooney-Rivlin)的HYPER56, 58, 74 和 158 C 也用于支持率相关和率无关塑性(Anand, 等向强化)的VISCO106108? 该公式可用于几乎不可压缩分析。C 注意，根据是采用超弹性还是塑性，用户必须选择适当的 HYPER 或 VISCO 单元类型。ANSYS TRAINING Lagrange 乘子 混合U-P? 对几乎和完全不可压缩分析采用18x 单元，用 一个称之为Lagrange乘子法的特殊单元公式。 ? 不像基于惩罚的混合U-P 公式, Lagrange 乘 子法将 P 作为独立自由度来求解。C静水压力自由度和 ‘内部结点’ 相联系，内部结 点由 ANSYS自动生成且对于用户是透明的，是不能 访问的。 C该公式用于18x 系列单元 (KEYOPT(6)&0) (PLANE182-183, SOLID185-187) CANSYS 将根据材料自动采用适当的公式，因此对用 户是透明的。ANSYS TRAINING 混合U-P总结? 总之, 对几乎和完全不可压缩材料, 的应用混合U-P 公式的单元技术库。 ANSYS 提供了丰富C对几乎不可压缩超弹材料，用 HYPER56, 58, 74, 158 或混合 U-P 18x 系列单元。 C对几乎不可压缩弹塑材料，用18x系列的混合U-P 公式或 VISCO106-108 单元。 C对完全不可压缩超弹材料，用18x单元的混合U-P公式。? 前面部分中讨论过，18x 单元中的混合 U-P 公式可以和其 它单元公式结合。C混合 U-P 本身能解决体积锁定问题 C对 18x 单元, 可将混合 U-P (KEYOPT(6)&0) 和 B-bar, URI或增 强应变公式结合。ANSYS TRAINING 单元公式? 非协调模式 ：弯曲、体积变形（几乎不可压缩） ? 选择缩减积分 (B-Bar)：体积变形（几乎不可压缩） ? 一致缩减积分 (URI)：弯曲、体积变形（几乎不可压缩）? 混合 U-P 公式：体积变形（完全不可压缩）ANSYS TRAINING 实体单元推荐? 传统单元容易剪切和体积锁定，ANSYS 中有很多单元技术 解决这两个问题。C 通常根据模型选择单元技术，包括弯曲/体积 变形和材料行为。? 只要可能，对非线性问题建议采用 18x 单元，因为:C 最新的单元技术和18x 单元结合，包括 B-bar, URI, 增强应变和 混合U-P。 C 18x 系列的单元技术和材料技术分开。这些单元具有丰富的本构模 型，这也有助于缩小单元选择的范围。ANSYS TRAINING 实体单元推荐C 对高阶单元, 缺省时采用 URI。用户仅需考虑的是如果材料是完 全不可压缩的，应该采用混合U-P。 C 低阶单元选择 的一些指南如下:18x Elem e nt P ros Form ul ation B -B ar E ffic ient for nearly inc ompres s ible, bulk deformat ion problems B -B ar with E ffic ient for fully M ix ed U-P inc ompres s ible, bulk deformat ion problems E nhanc ed W ill handle bendingS train dominated, nearly inc ompres s ible problems. E nhanc ed W ill handle bendingS train with dominated, fully M ix ed U-P inc ompres s ible problems. URI W ill handle shear lock ing and nearly incompres s ible problems . URI with W ill handle shear lock ing M ix ed U-P and fully incompres s ible problems . Cons May be s us c eptible to s hear loc k ing S ame c ons iderations as above, plus direct s olvers required due to M ix ed U-P E xt ra CP U time required for E nhanced S train terms (c ondens ed out at element level) S ame c ons iderations as above, plus direct s olvers required due to M ix ed U-P B ec ause of hourglas s modes , not rec ommended c hoic e S ame c ons iderations as above, plus direct s olvers required due to M ix ed U-P W he n to Use Rec ommended for mos t analys es, es pec ially b ulk deformation prob lems .Rec ommended if problem is bendingdominated. I f prob lem has some b ending, use when ac c urac y is an is s ue. Rec ommended c hoic e only f or c ompatib ility with LS -DY NA in im plic it-to-explic it or explic it-t o-implic it s imulat ions.ANSYS TRAINING 实体单元推荐线性分析和小应变非线性分析? 任何具有附加位移形式的低阶四边形/六面体单元 (对 PLANE42, SOLID45 在非退化形式中缺省)。这些单元对剪 切锁定和几乎不可压缩材料行为都有用。? 任何二阶单元，尤其是需要四面体网格的 CAD 几何图形的 SOLID92 (或 SOLID187)。高阶四边形/六面体单元如 PLANE183 或 SOLID186 采用 URI, URI 对克服剪切锁定 和几乎不可压缩行为也有用。ANSYS TRAINING 实体单元推荐有限应变非线性分析? 对大应变的应用，首选低阶四边形/六面体单元 (不会出 现中间结点逆位问题)。先用 B-Bar 法; 如果剪切锁定成为问题，用户可以切换到增强应变。? 高阶单元 (缺省时用URI)也可接受。? 对 18x 单元，对几乎或完全不可压缩分析可以采用混合 U-P KEYOPT(6) 与其它技术的结合。 ? 对大应变，需要细化网格和预测大应变区域以确保整个 求解过程保持好的单元质量。ANSYS TRAINING 壳单元 - 概述? 当结构的总体厚度相对于典型长度很小时可使 用壳单元，长度比厚度大20倍以上的问题可决 定使用壳单元。? ANSYS 中的壳单元根据要求解的问题类型采用 不同的公式，三个基本的壳公式包括: 薄膜理 论,““薄”壳理论和“ 厚”壳理论。ANSYS TRAINING 壳单元 - 概述薄膜理论 ? Shell41 采用薄膜理论。Shell41 忽略弯曲和横向剪 切，只包含薄膜效应。 经典 Love-Kirchhoff 理论 ? Shell63 是“ 薄”壳单元。Shell63 包含弯曲和薄 膜效应但忽略横向剪切变形。Reissner/Mindlin 理论 ? Shell43, 143, 181, 91, 93 和 99 是“ 厚”壳单 元。其包含弯曲、薄膜和横向剪切效应。横向剪切被 表示为整个厚度上的常剪切应变,这种一阶近似只适用 于“ 中等厚度”壳体。ANSYS TRAINING 平面变形中的壳单元? 平面内壳的响应可认为是平面应力状态，因此对于壳单元不会出 现体积锁定问题。 (当绝对不可压缩，泊松比 = 0.5 时Shell181 支持超弹性)? 对于薄膜现象，壳单元的平面公式与平面实体单元的公式相似(非 协调模式)。? Shell41, 43, 63 和 181 对于平面内变形支持非协调模式。? Shell181 也支持具有沙漏控制的一致缩减积分 (缺省选项)。ANSYS TRAINING 壳单元推荐线性分析 ? 如壳的厚度非常小采用 Shell63，Shell63单元不包含横向剪切 效应。? 如横向剪切变形重要，对于均匀材料采用 Shell43, Shell93或 Shell143 ，对于复合材料采用 Shell91 或 Shell99 。 ? 注意具有一致缩减积分(缺省)的单元 Shell181 对大模型较快， 但需要较细的网格。ANSYS TRAINING 壳单元推荐非线性分析等向强化塑性和超弹性采用 Shell181。 其优势包括：较小的 .esav 文件，较少 的 CPU 时间，压力载荷刚度效果，可以导入初始应力，厚 度变化。随动强化塑性，蠕变采用 Shell143, Shell43 和 Shell93。 Shell143 适用于 小应变塑性，Shell93是弯曲的壳 (高阶)。ANSYS TRAINING 梁单元 - 概述梁单元可用于分析主要受侧向或横向载荷的结构，长度对 横截面的比率超过20:1可作为梁单元应用的原则。典型的 梁应用包括：机器主轴，房屋构架，桥梁等。 ANSYS中 可用的两个梁单元公式为：Euler/Bernoulli 梁 Beam3 和 Beam4 包括弯曲、轴向和扭转变形。横向剪 切变形不包括于单元公式中。Timoshenko 梁Beam188 和 Beam189 在单元公式中包括弯曲、轴向、扭转和横向剪切变形。ANSYS TRAINING 梁单元推荐线性分析 ? 对于线性模型采用 Beam3, Beam4, Beam188 或 Beam189。 Beam3 和 Beam4 采用 Hermitian 多项 式作为形函数并且在弯曲中具有三次响应。Beam188 采用线性多项式作为形函数，Beam189 采用二次多项 式作为形函数。 ? 渐变截面采用beam44, beam54 ? 注意Beam188 和 Beam189需要更细化的网格，然而， 它们有许多优秀的前后处理特色。ANSYS TRAINING 梁单元推荐非线性分析 ? 采用 Beam188 和 Beam189 模拟各向同性强化塑性、 大应变、屈曲 (特征值和非线性屈曲) 和/或大转动问 题。? 用作壳加强单元，Beam188 与 Shell181 完全兼容， 并且 Beam189 与 Shell93 完全兼容。ANSYS TRAINING 材料库及常用非线性材料模型ANSYS TRAINING 材料属性定义? 定义材料性质时， 首先给出弹性材料性质 (EX、 PRXY 等)。 ? 然后给出非线性材料性质。T1 屈服点 T2 T3EXANSYS TRAINING 线弹性属性定义? 各向同性材料：EX必须输入 泊松比（PRXY或NUXY）默认为0.3GXY＝ EX/(2(1+NUXY))? 正交各向异性材料所有参数必须输入（EX， EY， EZ， (PRXY， PRYZ， PRXZ， or NUXY， NUYZ， NUXZ)， GXY， GYZ， and GXZ )，无默认值? 一般各向异性材料直接输入弹性（或柔度）矩阵ANSYS TRAINING 泊松比的意义? PRXY和NUXY的意义、区别：? PRXY为主泊松比，指的是在单轴作用下，X方向的单位拉（或压）应变所 引起的Y方向的压（或拉）应变。?NUXY为次泊松比，它代表了与PRXY成正交方向的泊松比，指的是在单轴 作用下，Y方向的单位拉（或压）应变所引起的X方向的压（或拉）应变。? 对于正交各向异性材料，需要根据材料数据的来源确定数据的输入方式。 但是对于各向同性材料来说，选择PR*或NU*来输入泊松比是没有任何区 别的。ANSYS TRAINING 材料库的运用? ANSYS材料库： ?\ansys90\matlib\ ? 用户自定义材料库--练习ANSYS TRAINING 非线性材料属性? 弹塑性： ? 多种屈服准则： Mises、Hill、广义Hill 、 Drucker-Prager、Mohr-Coulomb ? 多种强化方式： 随动、各向同性、混合 双线性、多线性 ? 粘塑性 ：高温金属 ? 蠕变：数十种蠕变模型，显式&隐式， 与弹塑性联合使用 ? 非线性弹性 ? 粘弹性：玻璃类、塑料类材料 ? 超弹性：各种橡胶类、泡沫类材料 ? 膨胀：核材料 ? 混凝土材料 ? ??ANSYS TRAINING 弹性回顾: ? 讨论塑性之前，先回顾一下金属的弹性。C 弹性响应中，如果产生的应力低于材料的屈服点，卸 载时材料可完全恢复到原来的形状。 C 从金属的观点看，这种行为是因为延伸但没有破坏原 子间化学键。因为弹性是由于原子键的延伸，所以是 完全可恢复的。而且这些弹性应变往往是小的。 C 金属的弹性行为最常用虎克定律的应力应变关系描述:s ? E?ANSYS TRAINING 塑性回顾: ? 塑性金属中也会遇到非弹性或塑性响应。C超过屈服应力是塑性区域，塑性区域中卸载后残 留一部分永久变形。 C如果考虑在分子层次上发生了什么，塑性变形是 由于剪切应力(偏差应力)引起的原子平面间的滑 移引起的。位错运动的实质是晶体结构中的原子 重新排列得到新的相邻元素，从而导致不可恢复 塑性应变。 C值得注意的是，与弹性不同，滑移不会引起任何 体积应变 (不可压缩条件)。ANSYS TRAINING 塑性回顾 (续):C 因为塑性处理由于位移引起的能量损失，所以它是 非保守(路径相关) 过程。 C 延性金属支持比弹性应变大得多的塑性应变。 C 弹性变形实质上独立于塑性变形，因此产生的超过 屈服点的应力仍产生弹性和塑性应变。因为假设塑 性应变不可压缩，所以材料响应随着应变增加变为 几乎不可压缩 。s屈服点 sy卸载 弹性 塑性?ANSYS TRAINING 率无关塑性: ? 如果材料响应和载荷速率或变形速率无关，称 材料为率无关 。C 低温时(& 1/4 或 1/3 的熔点温度)大多数材料呈现率 无关行为和低应变速率。ANSYS TRAINING ? 增量塑性理论 给出一种描述应力增量和应变增量 (?s 和??) 的数学关系， 用于表示塑性范围内 的材料行为。 ? 在增量塑性理论中，C屈服准则 C流动准则有三个基本组成部分:C强化规律ANSYS TRAINING 屈服准则屈服准则? 对于单向拉伸试件，通过比较轴向应力与材料 屈服应力，可以确定是否屈服。然而，对于多 向应力状态， 有必要去定义一个屈服准则。 ? 屈服准则 是应力状态的单值(标量)度量，可 以很容易地与单轴试验的屈服应力相比较。因 此如果知道应力状态和屈服准则，程序就能确 定是否会发生塑性应变。ANSYS TRAINING 范 ? 米赛斯屈服准则? 屈服准则:? 一个常用的屈服准则是 范 ? 米赛斯 屈服准则。 只要变形的内能(等效应力)超过一定值， 就会发 生屈服。 范?米赛斯等效应力定义为:se ?1 ?s 1 ? s 2 ?2 ? 2??s 2 ? s 3 ?2 ? ?s 3 ? s 1 ?2 ?式中 s1 、s2 和 s3 是主应力。 当等效应力超过 材料的屈服应力时，屈服发生：se ?s yANSYS TRAINING 范 ? 米赛斯屈服准则? 若在 3D 主应力空间中画出， von Mises 屈服面是一个 圆柱体。s2圆柱体以s1=s2=s3 为轴排列。 注意如果应力状态在圆柱体内， 不发生屈服。这意味着如果材料 在静水压力下 (s1=s2=s3)， 再 大的静水压力也不会引起屈服。 从另一个角度看，偏离 (s1=s2=s3) 轴的应力参与计算 von Mises 应力 {s}。s1 ?s2 ?s3s1 s3ANSYS TRAINING 范 ? 米赛斯屈服准则? 从轴 s1=s2=s3 的角度看，von Mises 屈服准 则如下所示。s3 s塑性sy弹性e s2s1主应力空间单轴应力－应变ANSYS TRAINING ? 缺省时，所有的率无关塑性模型采用 von Mises 屈服准则，除非另外说明。C双线性等向强化 (BISO) C多线性等向强化 (MISO) C非线性等向强化 (NLISO) C双线性随动强化 (BKIN) C多线性随动强化 (KINH & MKIN) CChaboche 非线性随动强化 (CHAB)ANSYS TRAINING Hill 屈服准则 (HILL)? 另一个有用的屈服准则是 Hill 准则，它是各向异性 (von Mises 是各向同性)。 Hill 准则可看作是 von Mises 屈服准则的延伸。 Hill 准则可写为：2 2 2 s o ? H ?s x ? s y ?2 ? F ?s y ? s z ?2 ? G ?s x ? s z ?2 ? 2 Nt xy ? 2 Lt yz ? 2 Mt xz六个常数（Rxx， Ryy， Rzz， Rxy， Ryz， Rxz ）表示 Hill 屈服准则的特性:G?H ? 1 2 Rxx3 N? 2 2 Rxy 3 L? 2 2 R yz 3 M? 2 2 Rxzy s xx Rxx ? so y s yy R yy ? so y s zz Rzz ? soy s xy Rxy ? 3 so y s yz R yz ? 3 so y s xz Rxz ? 3 so1 F?H ? 2 R yy 1 F ?G ? 2 RzzANSYS TRAINING Hill 屈服准则 (HILL)? Hill 准则需要通过简单试验 确定6 个常数。 ? 前面的常数（Rxx， Ryy， Rzz， Rxy， Ryz， Rxz）代表在给定方向的 屈服应力与参照屈服应力(von Mises)的比率。 ? 对线弹性材料特性， 可指定各向同性或正交各向异性特性 (EX， EY， EZ 等) ? Hill 准则不描述强化; 它仅描述屈服准则。Hill 势与等向、随动 和混合强化模型相结合。C 在这些模型中， von Mises 用作 ‘参照’ 屈服应力。Hill 模型则用来确定六 个方向的实际屈服应力值。s3ss2ys2 s3s3yes1主应力空间s2单轴 应力-应变ANSYS TRAINING 广义 Hill 势 (ANISO)? 广义 Hill 势与 Hill 势相似，区别如下:C广义 Hill 供非均质材料用 (拉伸和压缩屈服比率 不同)。 C直接输入不同方向的屈服应力 (应力单位)，不是屈 服应力比率 (无量纲)。 C强化规律是双线性等向强化。 已经内置于材料定 义中，所以不用发出TB，BISO 命令。 无需指定额外的强化准则。 C假设和温度无关。 C不支持 18x 单元。ANSYS TRAINING 广义 Hill 势 (ANISO)? 广义 Hill 势理论的屈服面可看作是在主应力 空间内移动了的变形圆柱体。C由于各向异性(不同方向屈服不同)，所以圆柱屈服 面变形 (Hill 准则)。 C因为屈服在拉伸和压缩中可指定为不同， 所以圆 柱屈服面被初始移动。s3 ss3yts3s3yces1主应力空间s2单轴应力-应变ANSYS TRAINING 强化规律强化规律: ? 强化规律 描述初始屈服准则如何随不断发展的塑性应变变化。强化规律描述在塑性流动过程中屈服 面如何变化。 ? 如果继续加载或者反向加载，强化规律确定材料何 时将再次屈服。塑性 加载后的屈服面 弹性 初始屈服面ANSYS TRAINING 强化规律… 强化规律: ? ANSYS 所用的基本强化规律有两个，用于规定屈 服面的修正:C随动 强化。? 屈服面大小保持不变， 并 沿屈服方向平移。 s2后继屈服面 初始屈服面s1 s2后继屈服面 初始屈服面C等向 强化。? 屈服面随塑性流动在所有方 向均匀膨胀。s1? 对于小应变循环载荷， 动强化行为。大多数材料显示出随ANSYS TRAINING 强化规律随动强化? 单轴试件随动强化的应力-应变行为是:s s’ sy2sy注意压缩时的后继屈服减小量等于拉 伸时屈服应力的增大量， 因此这两 种屈服应力间总能保持 2sy 的差值。 (这叫做 Bauschinger 效应 。) 随动强化通常用于小应变、循环加载 的情况。?ANSYS TRAINING 强化规律… 随动强化: ? 初始各向同性材料在屈服并经历随动强化后不再是 各向同性。 ? 随动强化模型不适合于非常大的应变的模拟。s s’ 2sysy ?ANSYS TRAINING 强化规律等向强化? 等向强化单轴试件应力-应变行为是:s s’ sy注意压缩的后继屈服应力等于 拉伸时的达到的最大应力。 等向强化经常用于大应变或比 例 (非周期)加载的模拟。?2s’ANSYS TRAINING 强化规律曲线形状? ANSYS塑性模型支持三种不同的曲线形状:s s s???双线性多线性非线性ANSYS TRAINING ? ANSYS程序有许多塑性选项， 允许将给定材料的 强化规律、曲线形状和率相关等紧密地匹配起来。Name Bilinear Kinematic Hardening Multilinear Kinematic Hardening Bilinear Isotropic Hardening Multilinear Isotropic Hardening Voce Nonlinear Isotropic Hardening Anisotropic Drucker-Prager Anand's Model Chaboche Hill Anisotropic Label BKIN Yield Criterion von Mises Flow Rule Associative Hardening Material Rule Response Kinematic BilinearMKIN KINH BISOvon MisesAssociativeKinematicMultilinearvon MisesAssociativeIsotropicBilinearMISOvon MisesAssociativeIsotropicMultilinearNLISOANISO DP ANAND CHAB HILL这些塑性选项在高级结构非线性 培训手 册中讨论。ANSYS TRAINING … 材料属性 ? 记住大应变 塑性分析要求输入数据为真实应力-对数应变 ， 而小应变分析 可以用工程应力-应变数据。应力真实 工程应变? 如果所提供的试验数据用工程应力-应变度量，那么在将它 输入ANSYS 进行大应变分析之前，必须转换为真实应力-对 数应变数据。ANSYS TRAINING … 材料属性: ? 然而， 在小应变水平，工程应力-应变值与真实 应力-对数应变值几乎恒等。C因此，真实应力-对数应变数据可用于一般情况。 C如果所提供的实验数据用真实应力-对数应变计量， 那 么在输入 ANSYS 之前，即使对小应变分析也不需要转换 为工程应力-应变。?l = ln (1 + ?) strue = s (1 + ?)ANSYS TRAINING 材料属性 C 双线性随动强化:? 双线性随动强化(BKIN)用双线性的应力-应变曲线 表示，包括弹性斜率和剪切模量。采用随动强化的 Mises屈服准则，因此包括包辛格效应。该选项可 以用于小应变和循环加载的情况。s sy双线性随动强化所需的输入数据是弹性 模量E、屈服应力sy 和剪切模量ET。ET下面我们在ANSYS中来介绍材料定义的过程?y?ANSYS TRAINING 材料属性 C 多线性随动强化:? 多线性随动强化有两个选项: MKIN (固定表) 和 KINH (通用)。 两种材料模型都用多线性的应力应变曲线模拟随动强化效应。 这些选项用 Mises 屈服准则， 对金属的小应变塑性分析有效。MKIN 和 KINH 都通过输入弹性模量和 应力-应变数据点定义， 弹性模量(E)的 输入步骤与 BKIN 模型相同。ANSYS TRAINING … 多线性随动强化 C 固定表 (MKIN):? MKIN 选项用 Besseling 或 底层模型 (见ANSYS 理论手册 )。 MKIN 选项最多允许五个应力-应变 数据点， 最多五条温度相关曲线。 MKIN 模型有 如下附加限制:C每一条应力-应变曲线 必须 用同一组应变值。 C曲线的第一个点必须 和弹性模量一致 C不允许有大于弹性模量的斜率段(允许负斜率， 但会导 致收敛问题 )。 C对于应变值超过输入曲线终点的情况， 假定为理想塑 性材料行为。ANSYS TRAINING … 多线性随动强化 C 固定表 (MKIN):C 输入非线性真实应力- 对数应变数据:? MKIN 的应力-应变选项:C 随着温度的升高无应力松弛 ( 缺省)。 C 用新的权重因子重新计算总塑性应变。 C 比例缩放塑性应变以保持总塑性应变不变; 符合 Rice 模型(推荐)。ANSYS TRAINING … 多线性随动强化-通用 (KINH):? KINH 选项去掉了MKIN 模型强加的一些限制。 (KINH与BOPT=2， Rice模型的 MKIN 有同样的力 学行为)。 可以定义40条温度相关的应力-应变曲 线， 每一条曲线可以有20个数据点。 不同温度 的曲线必须 有相同数量的点， 然而不同曲线的 应变值可以不同。 ? 假设不同应力-应变曲线上的对应点代表特定低层 的温度相关的屈服行为。ANSYS TRAINING … 多线性随动强化-通用 (KINH):? 定义KINH模型:C在材料GUI中， 双击 Structural … Nonlinear … Inelastic … Kinematic Hardening … Multilinear (General)(续下页) ANSYS TRAINING … 多线性随动强化-通用 (KINH):C输入非线性真实应力 - 对数应变数据可以定义五条温度相关曲线。点击添加应力-应变数据点。ANSYS TRAINING … 多线性随动强化 -通用 (KINH):? 预览所输入的材料属性:C拾取对话框中的“Graph”。注意:从材料模型界面生成的材 料数据表曲线图的标题中有 “preview‖字样。ANSYS TRAINING … 多线性随动强化 -通用 (KINH):? 一旦定义了材料属性， 画应力-应变曲线图的 推荐步骤是: ? Utility Menu & Plot & Data Tables …显示材料标识号。单个数据点有标识。ANSYS TRAINING … 多线性随动强化 (KINH): ? 作为 GUI 的备用， 同样的材料非线性属性 可以通过如下的命令行输入来定义:/PREP7 MPTEMP， 1， 0 MPDATA， EX， 1， ，
MPDATA， PRXY， 1， ， 0。33 TB， KINH， 1， 1， 8 TBTEMP， 0 TBPT， ， 0。000625， 10000 TBPT， ， 0。0025， 15000 TBPT， ， 0。005， 21000 TBPT， ， 0。01， 29000 TBPT， ， 0。015， 32600 TBPT， ， 0。02， 34700 TBPT， ， 0。04， 36250 TBPT， ， 0。1， 39000 TBPLOTANSYS TRAINING 材料属性 -双线性等向强化:? 双线性等向强化(BISO)也用双线性的应力-应变曲线表示。 采用等向强化的von Mises屈服准则。 该选项通常用于金 属塑性的大应变情况。 建议不要将双线性等向强化用于循 环加载。 s sy双线性等向强化需要输入的值是弹性模 量E、屈服应力sy和剪切模量ET。 输入 步骤与双线性随动强化模型相同。ET?y?ANSYS TRAINING 材料属性 C 多线性等向强化:? 多线性等向强化 (MISO) 也用多线性的应力－应变曲线 表示。 采用等向强化的Mises屈服准则。 该选项通常 用于比例加载和金属塑性的大应变情况。通过输入弹性模量和应力－应变数据 点来定义多线性等向强化模型。 输入 步骤与KINH模型类似。ANSYS TRAINING … 多线性等向强化 (MISO): ? MISO 选项最多允许 100 个应力－应变数据点及 20 条温度相关曲线。 MISO 模型有如下附加限制 :C曲线的第一个点必须 与弹性模量相对应。 C不允许有大于弹性模量或小于零的斜率段。C对于应变值超过输入曲线终点的情况， 假定为理想塑 性材料行为。ANSYS TRAINING … 多线性等向强化 (MISO):? 定义 MISO 模型:C 在材料 GUI 中双击 Structural … Nonlinear … Inelastic … Rate Independent … Isotropic Hardening … Mises Plasticity … Multilinear(按定义KINH 相同的步骤操作)ANSYS TRAINING 练习? 双线性随动强化材料输入 ? 多线性随动强化材料输入ANSYS TRAINING 高级有限元模型技术? ? ? ? ? 制订分析方案 降维技术 Mesh200 MPC（替代DOF耦合技术） 模型输入与输出、合并技术ANSYS TRAINING 制订分析方案ANSYS TRAINING 通常考虑的分析因素制订分析方案是很重要的。一般考虑下列问题：. . . . . .分析领域 分析目标 线性/非线性问题 静力/动力问题 分析细节的考虑 几何模型对称性? ? ? ? ? ?单元类型 网格密度 单位制 材料特性 载荷 求解器ANSYS TRAINING 通常考虑的分析因素（续）制订的分析方案好坏直接影响分析的精度和成本（人 耗工时，计算机资源等），但通常情况下精度和成本 是相互冲突，特别是分析较大规模和具有切割边界的 模型时更为明显。一个糟糕的分析方案可能导致分析 资源紧张和分析方式受得限制。ANSYS TRAINING 确定合适的分析学科领域 .实体运动，承受压力，或实体间存在接触准则结构热.施加热、高温或存在温度变化.恒定的磁场或磁场 .电流（直流或交流） .气（液）体的运动，或受限制的气体/液体 .以上各种情况的耦合磁电流体耦合场ANSYS TRAINING 分析目的分析目的直接决定分析近似模型的确定。分析目的，就是这样一个 问题的答案：“利用FEA我想研究结构哪些方面的情况？”结构分析:准则.要想得到极高精度的应力结果，必须保证影响精度的任何结构部位. .有理想 的单元网格，不对几何形状进行细节上的简化。应力收敛应 当得到保证，而任何位置所作的任何简化都可能引起明显误差。 在忽略细节的情况下，使用相对较粗糙的单元网格计算转角和法向 应力。 复杂的模型要求具有较好的均匀单元网格，并允许忽略细节因素。ANSYS TRAINING 高效率建模技术在建立分析模型之前必须制订好建模方案： C必须考虑那些细节问题？ C对称/反对称/轴对称？ C选用那种类型的单元？? 线单元 ? 壳单元 ? X－Y平面单元 ? 平面应力或应变单元 ? 轴对称单元 ? 谐单元 ? 实体单元 ? 专用单元 ? 线性单元/高阶单元/P单元 ? 四边形单元/三角形单元，块单元/四面体单元ANSYS TRAINING 高效率建模技术 - 细节处理.对于分析不重要的细节不应当 .包含在分析模型中。当从CAD系 统传一个模型到 ANSYS 程序中 时往往可以作大量的简化处理。 然而，诸如倒角或孔等细节可 以是最大应力出现的位置，这些 细节对于你的分析目的是十分重 要的。不带倒角带倒角ANSYS TRAINING 降维技术- 对称性模型对称 ― 当物理系统的形状、材料和载荷具有对称性 时，就可以只对实际结构中具有代表性的部分或截面 进行建模分析，再将结果映射到整个模型上，就能获 得相同精度的结果。 物理系统对称分析要求具有以下对称性条件： C几何结构对称C材料特性对称C具有零位移约束 C存在非零位移约束ANSYS TRAINING 降维技术- 对称性模型(续)对称类型 轴对称即绕某一轴线存在对称性，这 类结构如：电灯泡，直管，圆锥体， 圆盘和圆屋顶。对称面就是旋转形成 结构的横截面，它可以在任何位置。 大多数轴对称分析求解必须假定非零 约束（边界），集中力、压力和体截 荷均具有轴对称。然而，如果截荷不 存在轴对称性，并且是线性分析，可 以将截荷分成简谐成分，进行独立求 解（然后进行叠加）。ANSYS TRAINING 降维技术- 对称性模型(续)对称类型(续) 旋转对称即结构由绕轴分布的 几个重复部分组成，诸如涡轮 叶片这类物体。大多数旋转对 称分析求解要求非零位移约束 （边界），集中力、压力和体 载荷应具有对称性。然而，如 果载荷不对称分布，并且如果 是线性分析，它们可以利用周 期对称求解。ANSYS TRAINING 降维技术- 对称性模型(续)对称类型(续) 平面 或 镜面对称即结构的一 半与另一半成镜面映射关系， 对称位置（镜面）称为对称平 面。大多数平面对称分析求解 要求非零位移约束（边界）， 集中力、压力和体力应当对称 。但是，如果这些载荷不对称 ，并且是线性分析，它们可以 分成对称或反对称问题进行独 立求解。该图显示了镜面对称和旋转对称ANSYS TRAINING 降维技术- 对称性模型(续)对称类型(续) 重复或平移对称即结构是由沿 一直线分布的重复部分组成， 诸如带有均匀分布冷却节的长 管等结构。该对称要求非零位 移约束，集中力、压力和体载 荷应具有对称性。图示模型具有镜面对称 (2X) 和 重复对称一个结构可能由多个对称平面，这样就可以利用对称性建立一个很小的等效分析模型。ANSYS TRAINING 降维技术- 对称性模型(续).在实际当中，可以利用对称模型进行分析能获得更好的分析结果，因为可以建立更精确、 综合考虑各细节的模型。ANSYS TRAINING Mesh200单元? 用于划分单元，与求解无关。 ? 拖拉或扫掠划分网格时使用。 ? 注意：节点分布要与实体单元一致。 ? 例：生成一个弹簧形网格（solid45）ANSYS TRAINING MPC（替代DOF耦合技术）ANSYS TRAINING 模型合并? ? ? ? 不同的人建立不同的模型部分 较大的模型分割为若干小模型 Cdwrite CdreadANSYS TRAINING Cdwrite? 可输出两部分内容：数据库模型（Ansys命令格式）（除了实体模型及实体载荷外） 实体模型与实体载荷（IGES命令格式）? 可以有选择地进行输出 ? 输出时，ansys给每一个文件写入合适的 NUMOFF命令，保证以后将这些文件读入时不会 和数据库中已有的模型发生冲突，这正是模型 合并所要求的。ANSYS TRAINING Cdread? 读入由Cdwrite输出的模型 ? 可以读入不同的模型到一个数据库，实现模型 的合并ANSYS TRAINING 练习? 两个平面模型的合并（plane42单元）ANSYS TRAINING 高级建模技术ANSYS TRAINING 梁的高级使用ANSYS TRAINING 梁? 梁单元 是线单元，是3-D结构的一维理 想化模型 ? 梁单元比实体和壳单元更有效ANSYS TRAINING 梁的属性? 建立梁的第一步，同任何分析一样，先建立几何模 型 ― 通常是由关键点和线组成的框架结构。 ? 然后定义如下的梁的属性:C单元类型 C横截面 C材料特性ANSYS TRAINING 梁的属性单元类型 ? 选择下面类型中的一个:CBEAM188 ― 3-D, 线性 (2-node) CBEAM189 ― 3-D, 二次函数 (3-node)? ANSYS 有许多其它梁单元，但推荐使用BEAM188 和 189C对绝大部分梁结构都适合 C支持线性和非线性分析,包括塑性，大变形和非线性失稳 C具有包括用多种材料模拟层状材料，复合材料，截面加 强的能力 C具有用户定义截面几何尺寸的能力 C在前、后处理过程中容易使用ANSYS TRAINING 梁属性横截面 ? 对 BEAM188 和 189单元的完整定义 包括对横截面属性的定义。 ? BeamTool提供了方便的操作.CPreprocessor & Sections & Common Sectns... C选择想要的形状，然后输入尺寸 C按 Preview 按钮观看形状,然后按 OK. C若有多个横截面，必须给每个横截面 指定编号（任意定义名称）ANSYS TRAINING 梁属性? 工字梁横截面的样本预览如下 (SECPLOT) ? 除了预先定义好的横截面形状之外， ANSYS允许用户通过 建立二维实体模型来建立自己的“自定义”横截面形状 ? 同标准横截面一样，可以 把自定义的横截面和想要 的尺寸保存到横截面库中 以便日后使用。ANSYS TRAINING 梁属性? “自定义”横截面形状步骤: 建立面 指定线分割数 保存截面 编辑截面（若需要，如定义复合材料截面 等） 读入截面(使用时)举例：有圆孔的方形梁 截面上的不同材料ANSYS TRAINING 梁属性材料属性 ? 线性和非线性材料属性均可 ? 所有梁的属性定义好以后，下一步是对几何模型进 行网格划分ANSYS TRAINING 梁网格划分? 用梁单元对几何模型做网格划分包括三 个主要步骤:C指定线的属性 C指定线分割尺寸 C划分网格? MeshTool 提供了上述三个步骤的便利 操作ANSYS TRAINING 梁网格划分步骤1: 指定线的属性 ? 梁网格划分的线属性包括:C材料号 C横截面号 C方向关键点? 相对于梁轴线，横截面是怎样放置 ? 所有横截面类型都需要指定 ? 单个关键点可以分配给多条线 ( 即不需要为每条线指定独 立关键点) ? 每条线的端点都有它的方向关键点，允许横截面绕梁轴线 扭转。ANSYS TRAINING 梁网格划分? 使用方向关键点的例子:ANSYS TRAINING 梁网格划分? 使用Mesh Tool的单元属性指定线属性 (或选择想 要的线和使用 LATT 命令)拾取线BEAM188 & 189 单元的附加属性ANSYS TRAINING 梁网格划分步骤2 :线分割 ? 对 BEAM188 和 189 单元，建议不要把整个梁当作 一个单元 ? 使用 Mesh Tool的 “Size Controls”指定想要的 线分割数(或用 LESIZE 命令).ANSYS TRAINING 梁网格划分步骤3:生成网格 ? 先保存数据库文件 (Toolbar & SAVE_DB 或使用SAVE 命令 ). ? 按下Mesh Tool中的 Mesh 按钮 (或执行 LMESH,ALL命令) 生成网格拾取线ANSYS TRAINING 梁网格划分? 在单元绘图中显示横截面形状, 状: 激活显示单元形CUtility Menu & PlotCtrls & Style & Size and Shape? C或使用命令 /ESHAPE,1ANSYS TRAINING 梁网格划分? 网格划分完成后,接着施加荷载并求解ANSYS TRAINING 加载? 梁的典型加载包括:C位移约束? 施加在节点或关键点上C力? 施加在节点或关键点上C压力? Solution & Apply & Pressures & On BeamsC或 使用SFBEAM 命令（力的作用面参见help文件）C重力或旋转速度? 作用在整个结构上ANSYS TRAINING 求解，查看结果? 获取解答:C先保存数据库文件. C求解. (或把载荷写入载荷步文件，然后求解所有载荷 步)? 查看结果的方法同应力分析相同:C观察变形 C观察反力 C画应力、应变图? BEAM188 和 189 单元的主要优势是应力可以直接在单元上观看 （同壳和实体单元），必须激活单元形状显示。ANSYS TRAINING ? 演示:C 恢复数据库文件frame.db (包括线，关键点，载荷，单元类型, 材料和两个横截面)。 C 画出两个已定义的横截面 (SECPLOT,1 & 2)。 C 用 BeamTool 定义第三个横截面：? ID=3: Name = peak, Sub-type = box (空心矩形), W1=6, W2=6;T1=T2=T3=T4=0.25C 打开 MeshTool, GPLOT, 对下面的线属性赋值：? ? ? ? ?斜线: mat=1, secnum=3, 方向关键点 KP =100 左垂线 : mat=1, secnum=2,方向关键点 KP =102 右垂线 : mat=1, secnum=2,方向关键点 KP = 101 左前水平线: mat=1, secnum=1,方向关键点 KP = 1 右后水平线: mat=1, secnum=1,方向关键点 KP = 3C 对所有线指定 size=20。 C 存储，然后LMESH,ALL， 然后/ESHAPE,1 并EPLOT C 对关键点 9 施加 fy 方向，大小为-10000lb的载荷，约束4个底部关键点的所有自由度。 C 求解, 观察结果：变形图，反力，应力SX (= 轴向 +弯曲)。选择横截面编 号是3的单元，画应力图。对2号横截面重复上面的操作。ANSYS TRAINING 练习? 建筑框架ANSYS TRAINING 壳的高级使用ANSYS TRAINING 壳用于薄面板或曲面的模型，壳分析 应用的基本原则是每块面板的主尺寸不低 于其厚度的10倍。ANSYS TRAINING 壳的使用薄壳 (Love/Kirchhoff)C假设最初垂直于壳的中面的横截面 在加载过程中保持平直并垂直于中 性轴，该假设不包括剪切变形。中厚壳 (Mindlin/Reissner)C假设最初垂直于壳的中面的横截面 在加载过程中保持平直但不再保持 垂直于中性轴，所以剪切应变在横 截面内是常数。ANSYS TRAINING 壳单元壳单元的补充说明: ? 大多数 ANSYS 壳单元假设单元和结点位置描述单元的中 面。对低阶单元，用 SHELL181的SECOFFSET (上,下或 用户定义的偏移量)。对高阶单元，用SHELL91 和 99 (复 合壳) 来模拟节点偏移到上下表面的壳。 ? 对非线性分析，不同的壳单元在面内和面外有不同的积分 点数。例如, 具有 URI 的SHELL181 在面内有1个积分点 ，在厚度方向上有5 个。特定单元的详细说明可参阅理论 手册第14 章。注意SHELL181 在厚度上可以有用户定义 的积分点。ANSYS TRAINING SHELL181? SHELL181 属于 18x 系列单元，由于其丰富的特 点，对非线性应用建议选择该单元。 ? 单元技术C考虑横向剪切的中等 ‘厚’ 壳单元 CURI (缺省) 或面内行为的不协调模式 C对壳单元横截面定义使用截面概念 C支持层定义 (复合)? 本构模型C和其它壳单元相比, SHELL181 支持大多数非线性本 构模型，包括率无关塑性，粘塑性/蠕变和超弹性 C对复合单元，用户可将线性和/或非线性材料属性结合ANSYS TRAINING SHELL181 截面定义? SHELL181 使用 “截面” 定义 C 如果没有定义壳截面，仍然支持实常数的定义。然而壳截面 功能更强大，更灵活，更易使用，因此是推荐的输入方法。 C 截面定义可以输入18x单元支持的任何类型的线性或非线性材 料的层(复合)。 C 在截面上定义层的方向和厚度方向的积分点C 结点可以定义为位于上下表面或用户定义的位置C 通过 SECFUN 命令更易定义渐变壳单元 (无需使用 RTHICK) C 壳截面的基本原理和 BEAM188/189 的梁横截面定义一致 (后 面讨论)ANSYS TRAINING SHELL181截面定义? 先定义 SHELL181 单元类型和所有用到的材料性 能。然后激活壳截面 GUI :Main Menu & Preprocessor & Sections & -ShellAdd/Edit ?ANSYS TRAINING SHELL181截面定义? 本例中，定义一个复合截面的例子。壳截面 GUI & Layup 标签 C 输入壳截面名字(最多 8 个字符) 和独有的 ID 号。 C 通过简易按钮添加或删除不同层。ANSYS TRAINING SHELL181截面定义? 方便地布置横截面定义C容易定义厚度、材料ID 、取向和积分点数。 C截面偏移可以指定为中间、上、下或用户定义的面。ANSYS TRAINING SHELL181截面定义? 在“Controls” 标签中指定其它参数。壳截面 GUI & Section Controls 标签 C大多数时候，缺省值已足够，但用户可以定义沙漏控 制、横向剪切刚度等。ANSYS TRAINING SHELL181截面定义? 总结标签提供基于文本的总结，用户也可绘出截面来确认叠 层。壳截面 GUI & Summary 标签Main Menu & Preprocessor & Sections & -Shell- Plot Section ?ANSYS TRAINING SHELL181截面定义? 下面的命令提供和壳截面 GUI 相同的功能:C Define shell section and name SECTYPE, SECID, Shell, Subtype, Name, REFINEKEY C Define each shell layer property SECDATA, A, Iyy, Iyz, Izz, Iw, J, CGy, CGz, SHy, SHz C Define shell offsets SECOFFSET, Location C Define additional shell controls SECCONTROLS, --, TXZ, --, TXY, ADDMAS C Define shell thickness variation SECFUN, %table%? 在下面的参考资料中可得到更多的信息CStructural Analysis Guide, “Shell Analysis and Cross Section” CCommands Manual for /PREP7 Section CommandsANSYS TRAINING SHELL181截面定义? 指定单元类型和壳截面定义后，就可以设置缺省属 性以对具有指定壳截面的区域划分网格了。Command: SECNUM,value Main Menu & Preprocessor & MeshTool Meshtool & -Element Attributes- GlobalANSYS TRAINING SHELL181截面定义? 划分网格后，在网格上也可看到壳横截面。Command: /ESHAPE,1 Utility Menu & PlotCtrls & Style & Size and ShapeANSYS TRAINING ? 例子：beam_shell.mac板加筋的模拟（节点偏置）ANSYS TRAINING 高级加载技术ANSYS TRAINING 载荷考虑? 与其它单个分析因素相比，选择合适的载荷对你的分析结果 影响更大。 ? 将载荷添加到模型上一般比确定是什么载荷要简单的多。ANSYS TRAINING 载荷分类载荷 包括边界条件和内外环境对物体的作用。可以分成以 下几类：定义? ? ? ? ?自由度约束 集中载荷 面载荷 体载荷 惯性载荷ANSYS TRAINING 自由度约束自由度约束就是给某个自由度(DOF)指定一已知数 值 (值不一定是零)。定义ANSYS TRAINING 集中载荷集中载荷 就是作用在模型的一个点上的载荷。定义ANSYS TRAINING 集中载荷 (续)举例? 结构分析中的力和弯矩。 ? 热分析中热流率。 ? 集中载荷可以添加到节点和关键点上。(添加到关键点 上的力将自动转化到相连的应节点上。)ANSYS TRAINING 集中载荷 (续)对于结构分析而言? 集中载荷通常是向由梁(beam)、杆(spars)和弹簧(springs) 构成}
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ANSYS轴承座静力学分析
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轴承座有限元法分析与建模
&&ANSYS15.0软件建模分析
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你可能喜欢「干货」如何理解ANSYS弹塑性分析中的强化模型「干货」如何理解ANSYS弹塑性分析中的强化模型春先生百家号昨天在整理文档的时候，发现很早以前有朋友和我探讨ANSYS中强化模型的意义问题，当时我先把问题存在有道云笔记里，待有空的时候琢磨琢磨，结果后来竟然给忘记了，实在是不靠谱啊！那么既然如此，今天就把这个问题重新拿出来，聊一聊，不足的地方，还望各位同行补充。先来回顾一些概念什么时候才需要做弹塑性分析呢？线弹性分析阶段就是应力和应变成正比呗，即应力=应变*弹性模量，卸载以后一切恢复原状。一旦在达到材料的弹性极限后，继续加载，使材料进入塑性阶段，此时再卸载就无法恢复原状。那么在这个过程当中，构件产生的总应变就可以分为弹性应变和塑性应变两部分，弹性应变依然和应力存在正比的关系，关键就是如何建立起来塑性应变与由此产生的应力之间的关系呢？这就需要引入塑性模型( Plasticity Models)了。影响塑性应变的因素有很多，如加载历史(这就是为什么弹塑性分析要涉及到荷载步了)、温度、应力、应变率，以及一些内部因素，如材料的屈服强度、损伤等。那么，塑性模型如何来描述塑性发展的过程呢？ANSYS用三个准则来解决这个问题：屈服准则：加载过程中，一旦材料的等效应力超过屈服应力，程序判定进入塑性状态，这是解决一个从弹性到塑性的过渡点问题；流动准则：当构件发生塑性应变时，流动准则定义了应变方向，也就是说，流动准则可以描述在达到屈服后，在每一个荷载增量的作用下，塑性应变的各个分量是如何发展的；强化准则：描述了初始屈服准则随着塑性应变的增加是怎样发展的。关于“强化”，得多说几句，当材料经过屈服阶段的塑性变形后，卸载，再加载到屈服，新的屈服点要比原屈服点高一些。那第一次屈服点就对应着“初始屈服准则”，每一次的屈服都比上一次高一点，这个发展的过程就是强化。根据强化过程是不是与方向有关来区分，如果一个方向加载-卸载作用后，各个方向上的强化效果相同，就叫做“等向强化”；如果一个方向加载-卸载作用后，各个方向上的强化效果不同，就叫做“随动强化”。这里，等向强化和随动强化的区别，主要就在方向性上。对于一次单向加载，二者的区别不大，如果是反复加载，即构件既有受拉到屈服也有受压到屈服，这就应当用随动强化而不是等向强化来解决问题了。比如等向强化模型通常采用Von Mises(各向同性)屈服准则，对于金属、高分子多聚物，以及饱和地质材料等都可以有很好的近似度，但是其不适合用于微观结构和具有塑性膨胀性质的材料；随动强化模型可采用Hill(各向异性)屈服准则，屈服过程需要考虑应力方向与轴向的相对关系，可用于微结构或宏观金属的锻造过程。在各向异性坐标系统中，应力方向用单元坐标系统来定义，而在各项同性系统中，屈服应力是一个常量。在每种强化模型中，又分为三个类别：双线性、多线性和非线性。三者之间的区别见下图：双线性等向强化模型(BISO)多线性等向强化模型(MISO)非线性等向强化模型(NLISO)显而易见，三者都是用来描述应力-应变增长曲线的，而在这条非常重要的曲线当中，就给程序提供了屈服应力、模量等重要信息。不同之处呢，是在于描述的方式，双线性模型是用两条线段来描述，多线性模型是用多条线段来描述一个曲线增长的过程，而非线性模型则是用一段非线性函数来描述。那么，究竟什么情况该用哪种模型呢？如果有条件，一定要做实验，通过实验来判断适合哪种强化模型，以及具体的本构关系参数。等向强化模型通常在变形不大的问题上，毕竟真实结构中要保证各向同性实在是很困难的事，而当变形不大，应力偏量之间相互关系变化不大时，计算精度可以接受，适用于金属材料，以及岩土材料的静力分析过程。随动强化考虑了包辛格效应(拉伸过程强化使压缩过程的屈服应力减小)，适用于金属材料，或在循环反复荷载作用、动力荷载作用下的岩土材料。至于用双线性、多线性还是非线性，主要取决于目前掌握的该种材料的基本本构资料有哪些。钢筋混凝土材料，文献中用得比较多的是多线性等向强化模型(MISO)。关于MISO的数据输入，还可以参考这篇文章：ANSYS非线性分析MISO模型数据输入的问题输入与输出关于输入与输出，就不详细论述了，这方面许多书籍和教程上都有实例，这里介绍一下通常的“套路”：mp,ex,1,弹性模量 !定义第一种材料的弹性模量TB,强化模型种类,1 !为第一种材料选定强化模型TBDATA,1,…… !根据不同强化模型的需求进行赋值，有的是输入屈服应力和模量，有的则是输入应力-应变关系TBPLOT,强化模型名称,1 !绘制第一种材料的强化模型图TBLIST,强化模型名称,1 !列表显示第一种材料的数据如果考虑不同温度下的不同强化特征，则：TB,强化模型种类,材料编号,考虑的温度数量TBTEMP,第一种温度值TBDATA,材料编号,……TBTEMP,第二种温度值如此把每种温度下的材料属性都输入完成即可。在后处理中，弹塑性问题需要查看的结果也不只是各个方向的正应力之类，还需要以下几种：Equivalent Stress (SEPL) 等效应力，在硬化模型下，屈服应力的当前值，还记得在屈服准则中，看的是等效应力与输入的屈服应力之间的关系吧。Accumulated Plastic Strain (EPEQ) 累积塑性应变，指在变形历史中，塑性应变率在某一路径上的总和Stress ratio (SRAT) 应力率，是弹性应力与当前屈服应力的比值，是在荷载增量下产生塑性变形的指示指标，当该值>1时，说明当前产生塑性变形；当该值<1时，说明当前产生的是弹性变形；当该值=1时，当前恰好屈服本文内容由技术邻整编自“十千牛”，想要获取更多前沿技术资讯、专家干货，欢迎到技术邻官网查看哦，如您在工作或学习中遇到不明白的地方，也可以来技术邻（工程技术专家平台）上的问答专区提问哦，众多专家、技术大牛为你解疑答惑。本文由百家号作者上传并发布，百家号仅提供信息发布平台。文章仅代表作者个人观点，不代表百度立场。未经作者许可，不得转载。春先生百家号最近更新：简介:我胡乱聊聊，你随意听听，别太当真。作者最新文章相关文章基于ANSYS的轴承座结构分析
基于ANSYS的轴承座结构分析
一、有限元单元法与ANSYS简介
有限元法是一种基于变分法（或变分里兹法）而发展起来的求解微分方程的数值计算方法，该方法以计算机为手段，采用分片近似、进而整体逼近的研究思想求解物理问题。简而言之，其基本思想是里兹法加分片近似，可以归纳如下：
首先，将物体或解域离散为有限个互不成叠仅通过节点相互连接的子域（即单元），原始边界条件也被转化为节点上的边界条件，此过程称为离散化。
& 其次，在单元内，选择简单近似函数来分片逼近未知的求解函数，即分片近似。
最后，基于与原问题数学模型（基本方程和边界条件）等效的变微分原理或加权残值法，建立有限元方程（即刚度方程），从而将微分方程转化为一组以变量或其导数的节点为未知量的代数方程组，进而借助矩阵和计算机求解代数方程组得到原问题的近似解。
ANSYS是在20世纪70年代由ANSYS公司开发的工程分析软件，开发初期是为了应用于电力工业，现在已经广泛应用于航空航天、汽车工业、生物医学、桥梁、建筑、电子产品、重型机械、微机电系统、运动器械等领域。
ANSYS软件主要包括三个部分：前处理模块，分析计算模块和后处理模块。 前处理模块提供了一个强大的实体建模及网格划分工具，用户可以方便地构造有限元模型；ANSYS分析计算模块包括结构分析（可进行线性分析、非线性分析和高度非线性分析）、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的耦合分析，可模拟多种物理介质的相互作用，具有灵敏度分析及优化分析能力；ANSYS后处理模块可将计算结果以彩色等值线显示、梯度显示、矢量显示、粒子流迹显示、立体切片显示、透明及半透明显示（可看到结构内部）等图形方式显示出来，也可将计算结果以图表、曲线形式显示或输出。ANSYS软件提供了100种以上的单元类型，用来模拟工程中的各种结构和材料。
二、实体模型的建立
& 建立实体模型可以通过自上而下和自下而上两个途径：
1、自上而下建模，首先要建立体（或面），对这些体或面按一定规则组合得到最终需要的形状。
2、自下而上建模，首先要建立关键点，由这些点建立线、由线连成面等
&& 一般建模原则是充分利用对称性，合理考虑细节。
根据题中的轴承座，由于轴承座具有对称性，只需建立轴承座的半个实体对称模型，在进行镜像操作即可。采用自下而上的建模方法得到如下图1所示的三维实体模型：
（1）生成长方体
Menu：Preprocessor&Modeling-&Create&Volumes-&Block&By
Dimensions
输入x1=0,x2=60,y1=0,y2=20,z1=0,z2=60
平移并旋转工作平面
Utility Menu&WorkPlane&Offset WP
by Increments
X,Y,Z Offsets 输入45,25,15 点击Apply
XY，YZ，ZX Angles输入0，－90，0点击OK。
创建圆柱体
Menu：Preprocessor&Create&Cylinder&
Solid Cylinder
Radius输入15/2, Depth输入－30,点击OK。
拷贝生成另一个圆柱体
Menu：Preprocessor&Copy&Volume拾取圆柱体,点击Apply,
DZ输入30然后点击OK
从长方体中减去两个圆柱体
Menu：Preprocessor&Operate&Subtract
Volumes首先拾取被减的长方体，点击Apply,然后拾取减去的两个圆柱体，点击OK。
使工作平面与总体笛卡尔坐标系一致
Utility Menu&WorkPlane&Align WP
with& Global Cartesian
（2）创建支撑部分
Main Menu:& Preprocessor -&
-Modeling-Create -& -Volumes-Block -&
By 2 corners & Z
在创建实体块的参数表中输入下列数值:
Width = 30
Height = 35
Depth = 15
Toolbar:& SAVE_DB
（3）偏移工作平面到轴瓦支架的前表面
Utility Menu: WorkPlane -& Offset WP
to -& Keypoints +
在刚刚创建的实体块的左上角拾取关键点
Toolbar:& SAVE_DB
（4）创建轴瓦支架的上部
&Main Menu: Preprocessor
-& Modeling-Create -&
Volumes-Cylinder -& Partial
Cylinder& +
1).&& 在创建圆柱的参数表中输入下列参数:
Theta-1 = 0
Rad-2 = 30
Theta-2 = 90
Depth = -15
或者在 by dimensions 下建立圆柱体，输入相应的参数，其余圆柱的创建方式相同。
Toolbar:& SAVE_DB
（5）在轴承孔的位置创建圆柱体为布尔操作生成轴孔做准备
Main Menu: Preprocessor -& Modeling-Create
-& Volume-Cylinder -& Solid Cylinder
1.)& 输入下列参数:
Radius = 20
Depth = -3
2.)& 拾取 Apply
3.)& 输入下列参数:
Radius = 17
Depth = -40
4.)&&& 拾取
（6）从轴瓦支架“减”去圆柱体形成轴孔.
Main Menu: Preprocessor -& Modeling-Operate
-& Subtract -&
Volumes& +
拾取构成轴瓦支架的两个体，作为布尔“减”操作的母体。单击Apply
拾取大圆柱作为“减”去的对象。单击Apply
3.&& 拾取步1中的两个体，单击Apply
4.&& 拾取小圆柱体，单击OK
Toolbar:& SAVE_DB
合并重合的关键点：
&Main Menu & Preprocessor &
Numbering Ctrls & Merge Items &
将Label 设置为 “Keypoints”, 单击 [OK]
（7）创建一个关键点
在底座的上部前面边缘线的中点建立一个关键点:
&Main Menu & Preprocessor &
-Modeling- Create & Keypoints & KP
between KPs +
&拾取如图的两个关键点,单击[OK]
&RATI = 0.5,单击[OK]
（8）创建一个三角面并形成三棱柱
Main Menu & Preprocessor
& -Modeling- Create & -Areas-
Arbitrary & Through KPs +
1.&& 拾取轴承孔座与整个基座的交点。
2.&& 拾取轴承孔上下两个体的交点
拾取基座上上步建立的关键点，单击OK完成了三角形侧面的建模。
4． 沿面的法向拖拉三角面形成一个三棱柱。
&Main Menu & Preprocessor &
-Modeling- Operate & Extrude &
-Areas- Along Normal +
&拾取三角面, 单击 [OK]
5.&& 输入DIST = -3，厚度的方向是向轴承孔中心,
Toolbar:& SAVE_DB
(9)关闭 working plane display.
Utility Menu: WorkPlane -& Display Working Plane
(toggle off)
(10)粘接所有体.
Main Menu: Preprocessor -& Modeling-Operate
-& Booleans-Glue -&
Volumes& +
Toolbar:& SAVE_DB
三、网格划分&&&&&
网格划分是有限元分析的关键环节，有时候好的网格划分不仅可以节约计算时间，而且往往是求解成功的关键。划分网格一般包括以下三个步骤：定义单元属性（TYPE、REAL、MAT）、制定网格的控制参数、生成网格。
为了精确揭示轴承座的应力、变形情况，建模时考虑到轴承座的对称剖分式，它的具体结构和载荷具有对称性，因此我们取一个轴承座的一半进行分析。在进行划分网格时，单元类型采用20节点的SOLID95六面体单元，使用扫掠网格对体进行划分，同时对网格划分进行控制，是那些不能进行扫掠的部分实体自动进行四面体网格划分。具体步骤如下：
1、定义材料属性：
依次选择Main
Menu-&Preprocessor-&Material-&Structural-Linear-Elastic-Isotropic
在弹出来的对话框中指定线弹性材料的弹性模量EX=2.07e11pa,泊松比PRXY=0.3,单击OK按钮
确定操作无误后，在工具栏中选择保存数据库按钮（SAVE-DB），保存数据库文件。
2、用网格划分工具Mesh Tool将几何模型划分单元
& 依次选择Main
Menu-&Preprocessor-&Mesh
Tool,启动网格划分工具，将智能网格划分（Smart Sizing）设定为“on”;将滑动码设置为“8”；确认Mesh
Tool的各项为“Volumes”,“Tet”和“Free”;单击MESH按钮，然后选择Pick
all按钮，单击OK按钮。关闭Mesh Tool对话框。效果图如下所示：
确定操作无误后，在工具栏中选择保存数据库按钮（SAVE-DB），保存数据库文件。
四、轴承座载荷的施加
& 1、根据已有条件有：
轴承孔所受到的径向合力为Fr=18xN;
轴承孔半径r=17
轴承孔厚度b=12mm。
由于我们只截取一半模型进行结构分析，故半个轴承座孔的径向均布载荷&P0=
=,而实际情况轴承孔所承受的并非均布载荷，轴承孔最下部分受载荷最大，左右两腰部分所受载荷最小几乎为零，即轴承座孔面上所受载荷是非线性的。故，我们将其近似为P1=P0x0.75=。轴向均布压力载荷P2=0.2P0=。
2、轴承座的约束情况：
根据实际结构和安装情况，轴承座是靠底座的四个螺栓孔与安装基座相连接来实现固定的，此处为刚性约束，可以在其孔面上施加限制X、Z方向的对称约束，而在底面边线上施加Y方向上为应为零的约束。这样与实际情况基本相符。
3、具体模型加载步骤如下：
（1）约束两个安装孔
依次选择Main Menu: Solution→Define
Load→Apply→Structural→Displacement →Symmetry B.C. →On Areas
拾取两个安装孔的4个柱面（每个圆柱面包括两个面），单击OK
(2)在整个基座的底部施加位移约束（UY=0）
依次选择Main Menu: Solution→Define
Load→Apply→Structural→Displacement →on Lines +
拾取基座底部的三条边界线，picking menu中的“count”应等于3，单击OK，选择 UY
作为约束自由度，单击OK。
(3) 在导孔端面上施加推力载荷（面载荷）
Main Menu: Solution→Define
Load→Apply→Structural→Pressure→On
Areas→拾取轴承孔上宽度为“3”的所有面→OK→输入面上的压力值“
&(4)用箭头显示压力值
& 依次选择Utility
Menu-&PlotCtrls-&Symbols，将“Show pres
and convect as”选项为“Arrows”，单击OK按钮。
（5）在轴承孔的下半部分施加径向压力载荷
依次选择Main Menu: Solution→Define Load→Apply→Structural→Pressure→On
Areas→拾取宽度为17的所有柱面→OK→输入压力值
&依次选择Main
Menu-&Solution-&Solve-Current
LS,浏览状态窗口中出现的信息，然后关闭此窗口；单击OK按钮（开始求解，并关闭由于单元形状态检查而出现的警告信息）；求解结束后，关闭信息窗口
最终得到的模型加载如下图所示：
4、求解及结果分析
米塞斯等效应力图
第一主应力图
X方向应力图
Y方向应力图
Z方向应力图
五、学习总结
5、学习总结
这学期学习了《机械结构有限元分析——ANSYS与ANSYS
Workbench工程应用》，这是一门很重要的专业基础课，在学的过程中遇到了不然难题，但在上机实验的过程中，按照老师所给例子以及操作步骤使我操作起来书上面的例子也熟悉了。可以说这些例子的操作还是很好的加深了我对这个软件的学习应用，但是，现在来说，仅仅知道这些实在是太有限了，其实很早就感受到了这个，我也知道要补充理论知识，要熟悉原理才行。但是还是没有很好的熟悉这些内容，如果想熟练运用这个软件我有几个事情要做：
熟悉有限元方法的理论和求解过程，程序设计。只有深入了解了这些，才能很好的理解软件的操作根据和目的；《有限元方法》
这个软件应该是力学上发展起来的，用再电磁学上的书介绍的都是应用，很多操作不知道为什么，应该还是要看看力学的书，熟悉建模和网格划分的方法，怎么划分最合适；《有限元方法建模和网格划分》
如果可以熟练运用，用处是很大的。我要把这个软件用熟，我要实际运用来分析。
注：本文有误，仅供参考，可参考我的相关博文
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( 07:42:27)
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以上网友发言只代表其个人观点，不代表新浪网的观点或立场。欢迎各位来参加 ANSYS进阶培训主讲人：黄志新 肖金花ANSYS公司北京办事处ANSYS TRAINING 培训安排? 第一天 单元库及常用单元、材料库、高级有限元模型技术 ? 第二天 建模、加载、后处理的高级技术 ? 第三天 APDL参数化分析技术、优化设计? 第四天 非线性分析? 第五天 ANSYS Workbench 的高级使用ANSYS TRAINING 单元库及常用单元ANSYS TRAINING ANSYS单元类型? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 实体单元 梁/管单元 壳/膜单元 杆/索单元 弹簧元 接触单元 表面效应单元 质量单元 mesh200 ??ANSYS TRAINING 单元类型常用单元的形状点 (质量).面 (薄壳, 二维实体,轴对称实体). . . .线性.. . .. ...二次. .. . . . ..线性线(弹簧，梁，杆)体(三维实体). . . ..... . .. . . . .. .二次ANSYS TRAINING 单元类型在单元手册中，ANSYS单元库有200多种单元类型， 其中许多单元具有好几种可选择特性来胜任不同的功能。具体单元名称单元图示 ANSYS 单元名称 (类别, 编号)单元特性ANSYS TRAINING 单元类型? 在结构分析中，结构的应力状态决定单元类型的选择。 ? 选择维数最低的单元去获得预期的结果 (尽量做到能选择 点而不选择线，能选择线而不选择平面，能选择平面而不 选择壳，能选择壳而不选择三维实体)。 ? 对于复杂结构，应当考虑建立两个或者更多的不同复杂程 度的模型。可以建立简单模型，对结构承载状态或采用不 同分析选项作实验性探讨。ANSYS TRAINING 单元类型主要单元类型举例?线单元: C Beam(梁)单元是用于螺栓(杆)，薄壁管件，C 形截面构件，角钢或者狭长薄膜构件(只有膜应 力和弯应力的情况)等模型。 C Spar (杆)单元是用于弹簧，螺杆，预应力螺杆 和薄膜桁架等模型。 C Spring 单元是用于弹簧，螺杆，或细长构件， 或通过刚度等效替代复杂结构等模型。ANSYS TRAINING 单元类型主要单元类型举例? X-Y平面单元: 在整体笛卡尔X-Y平面内（模型必须建在此面内），有几种类型的 ANSYS单元可以选用。其中任何一种单元类型只允许有平面应力、平 面应变 、轴对称、或者谐结构特性。L K O P Y (or Axial) N I M J X (or Radial) I P M J Triangular Option N K,L,OANSYS TRAINING 单元类型主要单元类型举例C 平面应力 假定在Z方向上的应力为零， 主要有以下特点： ? 当Z方向上的几何尺寸远远小于X和 Y方向上的尺寸才有效。 ? 所有的载荷均作用在XY平面内。 ? 在Z方向上存在应变。 ? 运动只在XY平面内发生。 ? 允许具有任意厚度 (Z方向上) 。平面应力 分析是用来分析诸如承受面内载荷的平板、承受压力或远 离中心载荷的薄圆盘等结构。ANSYS TRAINING 单元类型主要单元类型举例C 平面应变 假定在Z方向的应变为零， 主要具有以下特点： ? 当Z方向上的几何尺寸远远大于X 和Y方向上的尺寸才有效。 ? 所有的载荷均作用在XY平面内。 ? 在Z方向上存在应力。 ? 运动只在XY平面内发生。平面应变分析是用于分析那种一个方向的尺寸（指定为总体Z方向）远远大 于其它两个方向的尺寸，并且垂直于Z 轴的横截面是不变的。ANSYS TRAINING 单元类型主要单元类型举例C 轴对称 假定三维实体模型是由XY面内的 横截面绕Y轴旋转360o 形成的（管，锥 体，圆板, 圆顶盖，圆盘等）。 ? 对称轴必须和整体 Y 轴重合。 ? 不允许有负 X 坐标。 ? Y 方向是轴向，X方向是径向， Z方向 是周向。 ? 周向位移是零；周向应变和应力十分 明显。 ? 只能承受轴向载荷（所有载荷）。HoopANSYS TRAINING 单元类型主要单元类型举例C 谐单元 将轴对称结构承受的 非轴对称载荷分解成傅立叶 级数。傅立叶级数的每一部 分独立进行求解，然后根据 再合并到一起。谐单元较常用于单一受扭或 受弯的分析求解，其中受扭 和受弯对应于傅立叶级数的 第1和第2项。LO P y I x M J 单元坐标系 (显示的是 KEYOPT(1)=0情形) N I K PK,L,ON JM Triangular OptionY (Axial)X (Radial)ANSYS TRAINING 单元类型主要单元类型举例C 谐单元 - 举例： 假定一承受剪 力，弯矩，和/或者扭矩的轴。M T V轴上的扭矩以傅立叶级数的一项施加到轴上。这时，除了扭矩 外，事实上是一般的轴对称问题。弯矩和横向剪力可以分别作为傅立叶级数的其它两项施加到轴上。谐单元还可以用于实际当中的任意循环分布载荷，这可能需要分解 成50-100项傅立叶级数才能得到满意的结果。ANSYS TRAINING 单元类型主要单元类型举例?壳单元: C Shell (壳)单元用于薄面板 或曲面模型。 壳单元分析应用的基本原 则是每块面板的主尺寸不 低于其厚度的10倍。ANSYS TRAINING 单元类型主要单元类型举例? 三维实体单元:L Y R Q O Z I M J N KC 用于那些由于几何、材 料、载荷或分析结果要 求考虑的细节等原因造 成无法采用更简单单元 进行建模的结构。PXTetrahedron meshC 四面体模型在用CAD建 模往往比使用专业的 FEA分析建模更容易， 也偶尔得到使用。Brick meshANSYS TRAINING 单元类型主要单元类型举例?专用单元: C 专用单元 包括接触单元 用于构件间存在接触面的 结构建模，如涡轮盘和叶 片，螺栓头部和法兰，电 触头，以及O-圈等等。 C 做好接触分析要求有这方 面的知识和经验。FSLIDE M or M/2K1 GAP M or M/2 K2 J CI ZYXANSYS TRAINING 单元类型其它可供选择的单元类型?线性单元 / 二次单元 / p单元: 一旦你决定采用平面、三维 壳或者三维实体单元，还需要进 一步决定采用线性单元、二次单 元或P单元。 线性单元和高阶单 元之间明显的差别是线性单元只 存在 “角节点”，而高阶单元还 存在 “中节点”。下面还提到一 些差别。C 线性单元内的位移按线性变化， 因此(大多数时)单个单元上的应力 状态是不变的。 C 二次单元内的位移是二阶变化的 ，因此单个单元上的应力状态是 线性变化的。 C p单元内的位移是从2阶到 8阶变 化的，而且具有求解收敛自动控 制功能，自动分析各位置上应当 采用的阶数。ANSYS TRAINING 单元类型其它可供选择的单元类型我们有必要讲述一下ANSYS中各线性概念之间的区别。 ? 线性分析 是指不包含任何非线性影响(如：大变形，塑性，或者 接触)。 ? 线性方程 求解器 是指 方程组解就是结构的自由度解。即使是 非线性分析，这些方程还是线性的 (但必须进行多次求解)。? 线性单元 假定单元内的自由度按线性变化 (跟二次单元, 三次单元, 或 p单元相比)。ANSYS TRAINING 单元类型其它可供选择的单元类型? 线性单元 / 二次单元 / p单元(续): 在许多情况下，同线 性单元相比，采用更高阶类型的单元进行少量的计算就 可以得到更好的计算结果。下面是根据不同分析目的进 行单元选择的情况。Objective Linear elements Quadratic elements p-elements (linear s tructural analys is only)Highly accurate stresses, or temperatures with high gradients Deflections, nominal stresses, or temperatures- mild gradientsFiner mesh, higher #dof required for same accuracy compared to quadratic or p Not usually a problem unless mesh is very coarseAlmost always allow coarser mesh, lower #dof than linearAllow much coarser mesh for same accuracy- solution time may be & or & quadratic Any mesh representing the geometry will almost always be OKShould allow coarser mesh, lower #dof than linearANSYS TRAINING 单元类型其它可供选择的单元类型?线性单元 / 二次单元 / p单元(续): 在 进行单元选择时应考虑的其它因素。 C 线性单元的扭曲变形可能引起精度 损失。更高阶单元对这种扭曲变形 不敏感。 C 就求解的精度的差别讲，线性单元 和二次单元网格之间的差别远没有 平面单元和三维实体单元网格之间 的差别那么惊人之大。所以经常使 用线性壳单元。高度扭曲的二次情形 (非平行对边)ANSYS TRAINING 单元类型其它可供选择的单元类型? 线性单元 / 二次单元 / p单元(续): C 大多数二次单元允许忽略部分 或所有边的中节点 - 但是，在 没有中节点的边上，你只能得 到线性结果。如果所有中节点均不存在，该单元就变成了线 性单元，计算精度也随之降低 (由于转化成线性单元的二次单 元和块单元具有“不相容的位 移模式”，并引起单元弯曲)。ANSYS TRAINING 单元类型其它可供选择的单元类型?线性单元 / 二次单元 / p单元(续): C 更高阶的单元模拟曲面的精度就越高。低阶单元更高阶单元ANSYS TRAINING 单元类型其它可供选择的单元类型? 线性单元 / 二次单元 / p单元(续): C 采用越来越高阶的单元，给曲线结构划分越来越稀疏的单元网格， ANSYS开始向你发出警告，甚至发出由于单元扭曲变形超过单元 允许范围而引起网格划分失败的信息。其原因是，由于模型表面单 元的弯曲程度过大，使部分中节点偏离了自身位置， 最终决定了 你能划分单元网格的稀疏程度。同其它软件一样，ANSYS程序允 许用更高阶的直边单元划分网格 (降低了实际几何模型的精度，特 别是对于p单元而言，通常极不理想)，也允许用不带中节点的更高 阶单元划分单元网格 (即降低了几何模型的精度，又降低了单元精 度，所以在通常情况下更不理想)。所以，一般建议采用尽可能稀 疏的单元网格，而又不至于出现形状检查警告。ANSYS TRAINING 单元类型其它可供选择的单元类型? 线性单元 / 二次单元 / p单元(续): C 不能将接触单元同具有中节点的单元连起来 ( 仅对于节 点-节点和节点-面接触单元而言-- 对于面-面接触单元则 是允许的)。类似地，在热分析问题中， 不能将辐射link 单元或者非线性对流表面添加到具有中节点的单元上。(不建议)(建议)C 在非线性材料特性区域内，二次单元并不比线性单元更 有效。ANSYS TRAINING 单元类型其它可供选择的单元类型四边形单元 / 三角形单元，块单元 / 四面体单元: 针对平面或者三维壳体分析模型而言，四边形单元和三角 形单元是有差别的，下表列出了这些差异。?Factor Quadrilaterals TrianglesQuality of resultsMesh generation method(s)Excellent for high order quads, good for near parallelogram linear quads, poor for non-parallelogram linear quads Unstructured (“free”) mesh of quads is possible for any area, but may contain a few triangles Structured mesh of quads is possible in 3 or 4-sided areas onlyExcellent for high order triangles, very poor for linear triangles Unstructured (“free”) mesh of triangles is possible for any areaANSYS TRAINING 单元类型其它可供选择的单元类型? 四边形单元 / 三角形单元，块单元 / 四面体单元(续):全部采用三角形单元网格是很少见的。给面进行单元网格划分的实质问 题是，你是否允许模型中存在一些三角形单元网格。实际上，各处存在 三角形单元会相当麻烦，但是应当仔细思考下列问题: C 如果采用更高阶单元，三角形单元的计算精度接近于二次单元。所 以，全部采用二次单元网格也是不可能的。 C 如果你采用线性单元，三角形单元就十分糟糕- 但是，不这样会使四 边形单元网格扭曲。除了多数不重要的结构外，任何四边形单元网 格(结构的或者非结构的)不得不包含部分形状糟糕的三角形单元网格 。所以，还是不可能全部采用四边形单元。ANSYS TRAINING 单元类型其它可供选择的单元类型? 四边形单元 / 三角形单元，块单元 / 四面体单元(续): 对三维实体分析模型而言，块单元和四面体单元是有差别的， 下表列出了这些差异。Factor Bricks (Hexahedra) TetrahedraQuality of results per degree of freedomMesh generation method(s)Excellent for high order bricks, good for near parallelepiped linear bricks, poor for non-parallelepiped linear bricks Extruded mesh of bricks (and possibly wedges and/or tetrahedra) can be created while sweeping areas to form volumes Structured mesh of bricks is possible in brick-, wedge-, or tetrahedron-shaped volumes onlyVery good for high order tetrahedra, very poor for linear tetrahedraUnstructured (“free”) mesh of tetrahedra is possible for any volume, but meshing can be time-consumingANSYS TRAINING 单元类型其它可供选择的单元类型? 四边形单元 / 三角形单元，块单元 / 四面体单元(续):建立三维实体模型需要作出下列选择： C 使用四面体单元划分网格 ? 采用简便方法建立实体模型。 ? 选用二次单元或者 p单元。 或者 C 使用块单元划分单元网格 ? 选用块单元网格建立实体模型。通常需要花费更多 时间和精力。 ? 划分子区域 ? 连接处理 ? 延伸 ? 采用任何块单元。ANSYS TRAINING 单元类型其它可供选择的单元类型? 四边形单元 / 三角形单元，块单元 / 四面 体单元(续): 为什么使用四面体单元划分单元网格会有 这么大的困难呢？C 过去，有限元模型全部采用线性四面体 单元网格 (这种模型十分“粗糙”)。 现在，使用二次单元和p单元的有限元 模型变得相当理想了。 C 四面体单元模型的自由度几乎是同等精 度的块单元单元模型的3到10倍。迄今 求解器技术取得了很大突破，大多数分 析者还是没有高性能的计算机来求解无 关紧要的四面体单元模型。四面体单元网格: 679 个单元 1230 个节点块单元网格: 125 个单元 216 个节点ANSYS TRAINING 单元类型其它可供选择的单元类型? 四边形单元 / 三角形单元，块 单元 / 四面体单元(续): 还有其它一些因素帮你作出选 择： C 做接触分析，使用四面体 单元划分网格时还需要进 行一些处理，消除接触面 上的中节点 (只针对节点节点接触单元和节点-面接 触单元，而面-面接触单元 则不需要)。 C 长或薄结构划分成块单元 网格可能更理想。potential contact regionANSYS TRAINING ANSYS 分析采用的单位制? 除电磁分析以外，你不必为ANSYS设置单位系统。简单地确定 你将采用的单位制，然后保证所有输入数据均采用该种单位制 就可以 (即，ANSYS不能自动进行单位转换)。 ? 你确定的单位制将影响尺寸、实常数、材料特性和载荷等的输 入值。ANSYS TRAINING 单元公式? 不同材料行为、不同结 构行为选用不同单元公式高频电磁反射计算滤波器ANSYS TRAINING 单元公式? 传统位移方法 困难：剪切锁定、体积锁定 Solid45 KEYOPT(1)=1 由于剪切锁定而很少使用 ? 非协调模式 (附加形函数) Solid45 缺省选项，弯曲变形 ? 选择缩减积分 (B-Bar) 几乎不可压缩材料，体积变形 ? 一致缩减积分 (URI) 几乎不可压缩材料，弯曲变形 ? 混合 U-P 公式 不可压缩材料，超弹性ANSYS TRAINING 单元公式为何有如此多的不同单元公式? ? 普通非线性求解非常费时，采用不同的单元技术可 更加有效地解决各种类型的非线性问题。 ? 不同材料行为 (弹性、塑性、超弹性) 和不同的结 构行为 (体积变形、弯曲) 需要选择不同的单元公 式。ANSYS TRAINING 单元公式? 单元手册中对每一种单元的定义、特点、适用 范围、输入、输出做了详细说明。? 应该习惯于随时查看单元手册。? 手册的综述部分应该耐心阅读ANSYS TRAINING 传统单元公式? 传统的基于位移的单元有两个问题: 剪切锁定和体积锁定: C 剪切锁定导致弯曲行为过分刚化 (寄生剪切应力)。当细的构件承 受弯曲时，这是一种几何特性。 C 体积锁定导致过度刚化 响应。当泊松比接近或等于0.5时，这是 一种材料特性。 ? 重点讨论用不同单元公式解决这两个问题的方法。主要讨论连续(实 体) 单元。? 由于非线性分析花费计算机时间太多，所以有些单元公式也提供了 更有效地解决非线性问题的方法。ANSYS TRAINING 剪切锁定在弯曲问题中，完全积分低阶单元呈现“ 过分刚硬”。在弯曲中这种 公式包括实际上并不存在的剪切应变，称为寄生剪切。 (从纯弯曲中 的梁理论可知剪切应变gxy = 0)yMMxMM微体积纯弯曲变形中，平直断面 保持平直，上下两边变成圆弧， gxy = 0。完全积分低阶单元变形中，上下两边 保持直线，不再保持直角， gxy不等 于0。ANSYS TRAINING 剪切锁定的实例? 当长厚比增加时，模型更容易剪切锁定.C因为寄生的剪切应变/应力，所以产生的位移被低 估。 C下面的例子是弯曲中的梁。 这种情况下剪切应力 接近于零，如 SXY 等高线图中所示，发生了剪切 锁定。ANSYS TRAINING 体积锁定? 材料行为是几乎或完全不可压缩时(泊松比接近或 等于 0.5)，在完全积分单元中发生体积锁定。C超弹材料或塑性流动可发生不可压缩(后面讨论)。 C单元中产生的伪压应力导致单元对不会引起任何体积变 化的变形“过度刚化”。 C体积锁定也会引起收敛问题。? 各种应力状态都会发生体积锁定，包括平面应变、 轴对称及3-D 应力。C对平面应力问题不会发生体积锁定，因为平面外应变用 于满足体积不可压缩条件。ANSYS TRAINING 体积锁定? 泊松比接近或等于0.5引起数值上的困难: p ? ? ??v1 ?s x ? s y ? s z ? 3 E ?? 3?1 ? 2? ? ?v ? ? x ? ? y ? ? z ? ??1 ? 2? ? ?Es x ?s y ?s z ?? 由于泊松比接近0.5, 体积模量无穷大，体积应变接近零 。 ? 反过来说，很小的体积应变（可能是误差）将会引起极大 的静水压力（伪压力）。ANSYS TRAINING 体积锁定? 由于体积应变由位移的导数计算出，所以其值不如 位移精确。 体积应变中任何小的误差在静水压力 中被放大，这反过来又会影响位移计算。 ? 导致不会引起任何体积改变的位移无法产生，网格 会 ‘锁定’。ANSYS TRAINING 体积锁定实例? 体积锁定可通过压应力“ 棋盘 状”模式 (相邻单元间变化显著 ) 检测出。 可用单元等值线绘 图(PLESOL)绘制静水压力 (HPRES)等值线来验证此行为。? 如怀疑存在体积锁定，可试细 分高静水压力区域的网格或改 变单元类型。ANSYS TRAINING 单元公式? 下面的各部分介绍用以克服剪切和体积锁定的单元 技术。? 非协调模式 (特殊形状)：形函数，剪切锁定、体积锁定? 选择缩减积分 (B-Bar)：积分方案，体积锁定 ? 一致缩减积分 (URI) ：积分方案，剪切锁定、体积锁定? 混合 U-P 公式：特殊自由度，体积锁定ANSYS TRAINING ? 作为一个简单的解释，剪切锁定和体积锁定是由于系统 的过度约束。 ? 利用不同的单元公式通过放松约束或引入附加的方程求 解这些约束来解决这个问题。Re la x Constrai nts Ele me nt (Reduce d Formul ation Inte gra ti on) B-Bar URI ES M ixed U-P x x x x Addi tiona l Equati ons (Add Extra DOF)? 不幸地是, 没有现成的单元公式能最有效地解决锁定问题. 因此在下面部分将从正反两方面来讨论每个公式。ANSYS TRAINING 18X单元目前在 18x 单元中有四个不同的单元技术: B-Bar, URI, 增强应变和混合 U-P。它们用于处理剪切和体积锁 定:FullyIncompressible (Hyperelasticity) Shear Locking (Bending) NearlyIncompressible (Plasticity, Hyperelasticity)Y Y Y YB-Bar Enhanced Strain URI M ixed U-PY Y Y YY YHigher-Order ElementsN Y Y NLower-Order ElementsElement TechnologyN N N YC高阶 18x 单元 (PLANE183, SOLID186-187) 通常用 URI。 C缺省时低阶 18x 单元 (PLANE182, SOLID185) 用 B-Bar。 CB-Bar 和增强应变不能用于高阶单元。 C混合U-P 技术独立于其它技术, 所以可以和B-Bar, 增强应变或 URI联合 使用。ANSYS TRAINING 单元公式的选择? 单元选项允许用户选择合适的单元公式。C Main Menu & Preprocessor & Element Type & Add/Edit/Delete? “Options” button in dialog boxSOLID185 实例: D完全积分” 是 B-Bar D缩减积分”是 URI 增强应变是第三个选项 “纯位移” 是缺省值 也可选择“混合 U/P‖C 若用命令,? KEYOPT(1) 用于PLANE182 的 B-bar, URI 和增强应变 ? KEYOPT(2) 用于SOLID185 的 B-bar, URI 和增强应变 ? KEYOPT(6) 用于所有实体/平面 18x 单元的混合U-P。ANSYS TRAINING 增强应变低阶完全积分单元的形函数可被表示常曲率状态的模式所增强，这些 增加的模式作为内在的自由度，因其导致网格的缝隙和重叠而被称为 非协调模式。F 2FF 2F F 非协调模式F 2FF 2F FFF无非协调模式ANSYS TRAINING 增强应变? 记住增强应变为弯曲和几乎不可压缩应用而设计C 增强应变不能用于完全不可压缩分析，但对PLANE182 和 SOLID185 可以与混合U-P公式结合使用，在下节讨论。? 增强应变有上述优点，但更耗费计算机时间C 前面幻灯片提到的附加内部 DOF 被凝聚在单元层次，但仍额外消 耗计算机时间 (和更大的 *.esav 文件)。? 只有低阶四边形 PLANE182 和 六面体 SOLID185 支持增强 应变。C 如果单元扭曲，则增强应变在弯曲中将不利，尤其是梯形单元。ANSYS TRAINING 选择缩减积分? 选择缩减积分 (又名B-bar 方法, 持续膨胀单元) 用 低一阶的积分方法对体积项积分。C应力状态可分解为静水压力 (p) 和偏差应力 (s)两项 。s ? p?s p ? ?? v s ? 2G? d s ? ?? v ? 2G? d上面的方程中, ?v 是体积应变，?d 是偏差应变. ? 是体 积模量, G 是剪切模量。ANSYS TRAINING 选择缩减积分C应变通过下式和位移相关:?B ? ? ?Bv ? ? ?Bd ? ? ?Bv ?dV ?B ? ??? ? ?B ??u V ?B? ? ?Bv ?? ?Bd ?vC而计算 [B] 时, 。对体积项和偏差项使用不同的积分阶数[Bv] 以一个积分点计算 (缩减积分) 另一方面, [Bd] 以 2x2 积分点计算 (完全积分)ANSYS TRAINING 选择缩减积分（体积）? 如前一幻灯片所示， [B] 的体积项和偏差项不是以同 一积分阶数计算，只有体积项用缩减积分，这就是该方 法称为选择缩减积分的原因。 因为[B]在体积项上平均 ，因此也称为 B-bar 法。?? ? ?B ? ?u? 体积项[Bv]缩减积分的事实使 [Bv]因为没有被完全积 分而 ‘软化’， 这样允许求解几乎不可压缩行为和克 服体积锁定。 ? 然而，因为偏差项 [Bd]不变，仍然存在寄生剪切应变 ，所以这个公式仍然容易剪切锁定。 ? 具有选择缩减积分的单元有：plane182, solid185ANSYS TRAINING 选择缩减积分总结? 总之, 选择缩减积分在体积变形占优势的问题中对几乎 不可压缩 材料行为 (如塑性, 超弹性)有用。C单独的B-Bar 法对完全不可压缩问题不适用，但可以和混合 U-P 单 元(以后讨论)结合用于完全不可压缩材料。 CB-Bar 法不能用于弯曲占优势的模型。? 某些单元支持选择缩减积分:C可用于平面应变、轴对称和 3D 应力状态。 体积锁定对平面应力不 是问题, 所以在这种情况下不需要 B-Bar 法。 C缺省时 PLANE182 和 SOLID185 用 B-Bar 法 (KEYOPT(1)=0)。能用 于各种本构模型。ANSYS TRAINING 一致缩减积分? 一致缩减积分 (URI) 采用比数值精确积分所需要的阶数 低一阶的积分公式Element Type 4 Node Quad 8 Node Quad 8 Node Hex 20 Node Hex Full Integration Order 2x2 3x3 2x2x2 3x3x3 Reduced Integration Order 1x1 2x2 1x1x1 2x2x2? 这和选择缩减积分类似，但体积和偏差项都 用缩减积分 。 ? 这个公式更灵活，可帮助消除剪切和体积锁定。C体积项的缩减积分可以求解几乎不可压缩问题。 C偏差项的缩减积分防止弯曲问题中的剪切锁定。? 然而URI可能会引起应变能为零的变形模式，这被称为零能量或沙漏模 式。ANSYS TRAINING 沙漏模式? 沙漏模式是由于变形而引起零应变能的变 形模式。? 如右图所示两例，在只有一个积分点的低 阶单元中，此单个积分点未获得任何单元 应变能。这可导致出现不切实际的行为。ANSYS TRAINING 沙漏模式? 沙漏模式通常只是低阶URI单元中的问题。只要在每一个方向上有 多于一个的单元, 高阶 URI 单元的零能量模式就不会传播。? 为控制沙漏模式 ANSYS 使用一个小的沙漏刚度来控制变形的零能 量模式。 ANSYS 为沙漏刚度提供了缺省值。大部分情况下可直接 使用缺省值，但也可以用一个实常数缩放因子改变沙漏刚度。 ? 任何情况下都应该监控由沙漏模式产生的“ 虚假能量”，可以用 单元表格项 AENE 来存储“ 虚假能量”。最好使“ 虚假能量” 与总能量的比值(AENE/SENE)小于 5%。ANSYS TRAINING 一致缩减积分?有URI公式的 ANSYS低阶单元包括: Plane182、Solid185、 Solid45 和 Shell181。 如果模型中发生沙漏模式，推荐采取的步骤按优先顺序排列 如下所示： ?去掉点载荷和点约束 ?细化网格 ?采用其它可选单元类型 ?增大沙漏刚度缩放因子 ?有URI公式的 ANSYS高阶（二次）单元包括: Plane82 （采用 2 x 2 高斯积分规则）、Solid95 （采用 2 x 2 x 2 高斯积分）。只有一个零能量模式，并且只要模 型中有不止一个单元，零能量模式就不会传播。推荐大部分应用采用这些单元，因其一般无沙漏模式困难。ANSYS TRAINING 一致缩减积分? 另一方面，用户在使用URI 时需要注意一些事情:C低阶 URI 单元容易沙漏，需要检查。 C低阶 URI 单元太柔软，尤其在弯曲占优势的问题中，因此需要细化 网格以使位移不被高估。 C低阶和高阶URI 单元的积分公式都比完全积分低一阶。这意味着对 低阶单元应力在1点求值，对高阶单元在 2x2 或 2x2x2点 求值。因 此，需要更多单元来捕捉应力梯度。 CURI 不能用于完全不可压缩分析。ANSYS TRAINING 一致缩减积分? 缺省时大多数 ANSYS 高阶结构单元 （PLANE82, PLANE183, SOLID186)）用 URI，这是因为高阶单元 不易沙漏且有许多优点，所以很具吸引力。CSOLID95 采用修正的14-点积分格式，但当 KEYOPT(11)=1 时 采用 URI? 缺省时大多数低阶单元不采用 URI 。对SOLID45 和 SOLID185 （KEYOPT(2)=1）或 PLANE182（ KEYOPT(1)=1）时 URI 被激活C对 PLANE42, URI 不可用，建议采用支持 URI 的 PLANE182 C除非特殊需要 （如与 LS-DYNA 单元兼容）, 对低阶单元鼓 励用户采用 B-bar 或增强应变代替URI。ANSYS TRAINING 混合U-P公式? 混合 U-P 单元(又名杂交单元或 Herrmann 单元) 通过内 插(并求解)静水压力做为附加自由度来处理体积锁定。C 单独的内插函数用于位移和静水压力DOF。 C 由于压力可单独求解，所以静水压力的精度和体积应变、体积模量 或泊松比无关.? ANSYS 中有两种方法实现混合u-pC 对几乎不可压缩用基于惩罚的混合U-P C 对几乎和完全不可压缩用Lagrange 乘子法ANSYS TRAINING 基于惩罚的混合U-P? 基于惩罚的混合 U-P 的基本方法是通过体积约束方程把静 水压力(p)自由度在单元层次凝聚掉。这样, 刚度矩阵仍 基于位移而不必担心附加自由度。C 该公式用于超弹材料 (Mooney-Rivlin)的HYPER56, 58, 74 和 158 C 也用于支持率相关和率无关塑性(Anand, 等向强化)的VISCO106108? 该公式可用于几乎不可压缩分析。C 注意，根据是采用超弹性还是塑性，用户必须选择适当的 HYPER 或 VISCO 单元类型。ANSYS TRAINING Lagrange 乘子 混合U-P? 对几乎和完全不可压缩分析采用18x 单元，用 一个称之为Lagrange乘子法的特殊单元公式。 ? 不像基于惩罚的混合U-P 公式, Lagrange 乘 子法将 P 作为独立自由度来求解。C静水压力自由度和 ‘内部结点’ 相联系，内部结 点由 ANSYS自动生成且对于用户是透明的，是不能 访问的。 C该公式用于18x 系列单元 (KEYOPT(6)&0) (PLANE182-183, SOLID185-187) CANSYS 将根据材料自动采用适当的公式，因此对用 户是透明的。ANSYS TRAINING 混合U-P总结? 总之, 对几乎和完全不可压缩材料, 的应用混合U-P 公式的单元技术库。 ANSYS 提供了丰富C对几乎不可压缩超弹材料，用 HYPER56, 58, 74, 158 或混合 U-P 18x 系列单元。 C对几乎不可压缩弹塑材料，用18x系列的混合U-P 公式或 VISCO106-108 单元。 C对完全不可压缩超弹材料，用18x单元的混合U-P公式。? 前面部分中讨论过，18x 单元中的混合 U-P 公式可以和其 它单元公式结合。C混合 U-P 本身能解决体积锁定问题 C对 18x 单元, 可将混合 U-P (KEYOPT(6)&0) 和 B-bar, URI或增 强应变公式结合。ANSYS TRAINING 单元公式? 非协调模式 ：弯曲、体积变形（几乎不可压缩） ? 选择缩减积分 (B-Bar)：体积变形（几乎不可压缩） ? 一致缩减积分 (URI)：弯曲、体积变形（几乎不可压缩）? 混合 U-P 公式：体积变形（完全不可压缩）ANSYS TRAINING 实体单元推荐? 传统单元容易剪切和体积锁定，ANSYS 中有很多单元技术 解决这两个问题。C 通常根据模型选择单元技术，包括弯曲/体积 变形和材料行为。? 只要可能，对非线性问题建议采用 18x 单元，因为:C 最新的单元技术和18x 单元结合，包括 B-bar, URI, 增强应变和 混合U-P。 C 18x 系列的单元技术和材料技术分开。这些单元具有丰富的本构模 型，这也有助于缩小单元选择的范围。ANSYS TRAINING 实体单元推荐C 对高阶单元, 缺省时采用 URI。用户仅需考虑的是如果材料是完 全不可压缩的，应该采用混合U-P。 C 低阶单元选择 的一些指南如下:18x Elem e nt P ros Form ul ation B -B ar E ffic ient for nearly inc ompres s ible, bulk deformat ion problems B -B ar with E ffic ient for fully M ix ed U-P inc ompres s ible, bulk deformat ion problems E nhanc ed W ill handle bendingS train dominated, nearly inc ompres s ible problems. E nhanc ed W ill handle bendingS train with dominated, fully M ix ed U-P inc ompres s ible problems. URI W ill handle shear lock ing and nearly incompres s ible problems . URI with W ill handle shear lock ing M ix ed U-P and fully incompres s ible problems . Cons May be s us c eptible to s hear loc k ing S ame c ons iderations as above, plus direct s olvers required due to M ix ed U-P E xt ra CP U time required for E nhanced S train terms (c ondens ed out at element level) S ame c ons iderations as above, plus direct s olvers required due to M ix ed U-P B ec ause of hourglas s modes , not rec ommended c hoic e S ame c ons iderations as above, plus direct s olvers required due to M ix ed U-P W he n to Use Rec ommended for mos t analys es, es pec ially b ulk deformation prob lems .Rec ommended if problem is bendingdominated. I f prob lem has some b ending, use when ac c urac y is an is s ue. Rec ommended c hoic e only f or c ompatib ility with LS -DY NA in im plic it-to-explic it or explic it-t o-implic it s imulat ions.ANSYS TRAINING 实体单元推荐线性分析和小应变非线性分析? 任何具有附加位移形式的低阶四边形/六面体单元 (对 PLANE42, SOLID45 在非退化形式中缺省)。这些单元对剪 切锁定和几乎不可压缩材料行为都有用。? 任何二阶单元，尤其是需要四面体网格的 CAD 几何图形的 SOLID92 (或 SOLID187)。高阶四边形/六面体单元如 PLANE183 或 SOLID186 采用 URI, URI 对克服剪切锁定 和几乎不可压缩行为也有用。ANSYS TRAINING 实体单元推荐有限应变非线性分析? 对大应变的应用，首选低阶四边形/六面体单元 (不会出 现中间结点逆位问题)。先用 B-Bar 法; 如果剪切锁定成为问题，用户可以切换到增强应变。? 高阶单元 (缺省时用URI)也可接受。? 对 18x 单元，对几乎或完全不可压缩分析可以采用混合 U-P KEYOPT(6) 与其它技术的结合。 ? 对大应变，需要细化网格和预测大应变区域以确保整个 求解过程保持好的单元质量。ANSYS TRAINING 壳单元 - 概述? 当结构的总体厚度相对于典型长度很小时可使 用壳单元，长度比厚度大20倍以上的问题可决 定使用壳单元。? ANSYS 中的壳单元根据要求解的问题类型采用 不同的公式，三个基本的壳公式包括: 薄膜理 论,““薄”壳理论和“ 厚”壳理论。ANSYS TRAINING 壳单元 - 概述薄膜理论 ? Shell41 采用薄膜理论。Shell41 忽略弯曲和横向剪 切，只包含薄膜效应。 经典 Love-Kirchhoff 理论 ? Shell63 是“ 薄”壳单元。Shell63 包含弯曲和薄 膜效应但忽略横向剪切变形。Reissner/Mindlin 理论 ? Shell43, 143, 181, 91, 93 和 99 是“ 厚”壳单 元。其包含弯曲、薄膜和横向剪切效应。横向剪切被 表示为整个厚度上的常剪切应变,这种一阶近似只适用 于“ 中等厚度”壳体。ANSYS TRAINING 平面变形中的壳单元? 平面内壳的响应可认为是平面应力状态，因此对于壳单元不会出 现体积锁定问题。 (当绝对不可压缩，泊松比 = 0.5 时Shell181 支持超弹性)? 对于薄膜现象，壳单元的平面公式与平面实体单元的公式相似(非 协调模式)。? Shell41, 43, 63 和 181 对于平面内变形支持非协调模式。? Shell181 也支持具有沙漏控制的一致缩减积分 (缺省选项)。ANSYS TRAINING 壳单元推荐线性分析 ? 如壳的厚度非常小采用 Shell63，Shell63单元不包含横向剪切 效应。? 如横向剪切变形重要，对于均匀材料采用 Shell43, Shell93或 Shell143 ，对于复合材料采用 Shell91 或 Shell99 。 ? 注意具有一致缩减积分(缺省)的单元 Shell181 对大模型较快， 但需要较细的网格。ANSYS TRAINING 壳单元推荐非线性分析等向强化塑性和超弹性采用 Shell181。 其优势包括：较小的 .esav 文件，较少 的 CPU 时间，压力载荷刚度效果，可以导入初始应力，厚 度变化。随动强化塑性，蠕变采用 Shell143, Shell43 和 Shell93。 Shell143 适用于 小应变塑性，Shell93是弯曲的壳 (高阶)。ANSYS TRAINING 梁单元 - 概述梁单元可用于分析主要受侧向或横向载荷的结构，长度对 横截面的比率超过20:1可作为梁单元应用的原则。典型的 梁应用包括：机器主轴，房屋构架，桥梁等。 ANSYS中 可用的两个梁单元公式为：Euler/Bernoulli 梁 Beam3 和 Beam4 包括弯曲、轴向和扭转变形。横向剪 切变形不包括于单元公式中。Timoshenko 梁Beam188 和 Beam189 在单元公式中包括弯曲、轴向、扭转和横向剪切变形。ANSYS TRAINING 梁单元推荐线性分析 ? 对于线性模型采用 Beam3, Beam4, Beam188 或 Beam189。 Beam3 和 Beam4 采用 Hermitian 多项 式作为形函数并且在弯曲中具有三次响应。Beam188 采用线性多项式作为形函数，Beam189 采用二次多项 式作为形函数。 ? 渐变截面采用beam44, beam54 ? 注意Beam188 和 Beam189需要更细化的网格，然而， 它们有许多优秀的前后处理特色。ANSYS TRAINING 梁单元推荐非线性分析 ? 采用 Beam188 和 Beam189 模拟各向同性强化塑性、 大应变、屈曲 (特征值和非线性屈曲) 和/或大转动问 题。? 用作壳加强单元，Beam188 与 Shell181 完全兼容， 并且 Beam189 与 Shell93 完全兼容。ANSYS TRAINING 材料库及常用非线性材料模型ANSYS TRAINING 材料属性定义? 定义材料性质时， 首先给出弹性材料性质 (EX、 PRXY 等)。 ? 然后给出非线性材料性质。T1 屈服点 T2 T3EXANSYS TRAINING 线弹性属性定义? 各向同性材料：EX必须输入 泊松比（PRXY或NUXY）默认为0.3GXY＝ EX/(2(1+NUXY))? 正交各向异性材料所有参数必须输入（EX， EY， EZ， (PRXY， PRYZ， PRXZ， or NUXY， NUYZ， NUXZ)， GXY， GYZ， and GXZ )，无默认值? 一般各向异性材料直接输入弹性（或柔度）矩阵ANSYS TRAINING 泊松比的意义? PRXY和NUXY的意义、区别：? PRXY为主泊松比，指的是在单轴作用下，X方向的单位拉（或压）应变所 引起的Y方向的压（或拉）应变。?NUXY为次泊松比，它代表了与PRXY成正交方向的泊松比，指的是在单轴 作用下，Y方向的单位拉（或压）应变所引起的X方向的压（或拉）应变。? 对于正交各向异性材料，需要根据材料数据的来源确定数据的输入方式。 但是对于各向同性材料来说，选择PR*或NU*来输入泊松比是没有任何区 别的。ANSYS TRAINING 材料库的运用? ANSYS材料库： ?\ansys90\matlib\ ? 用户自定义材料库--练习ANSYS TRAINING 非线性材料属性? 弹塑性： ? 多种屈服准则： Mises、Hill、广义Hill 、 Drucker-Prager、Mohr-Coulomb ? 多种强化方式： 随动、各向同性、混合 双线性、多线性 ? 粘塑性 ：高温金属 ? 蠕变：数十种蠕变模型，显式&隐式， 与弹塑性联合使用 ? 非线性弹性 ? 粘弹性：玻璃类、塑料类材料 ? 超弹性：各种橡胶类、泡沫类材料 ? 膨胀：核材料 ? 混凝土材料 ? ??ANSYS TRAINING 弹性回顾: ? 讨论塑性之前，先回顾一下金属的弹性。C 弹性响应中，如果产生的应力低于材料的屈服点，卸 载时材料可完全恢复到原来的形状。 C 从金属的观点看，这种行为是因为延伸但没有破坏原 子间化学键。因为弹性是由于原子键的延伸，所以是 完全可恢复的。而且这些弹性应变往往是小的。 C 金属的弹性行为最常用虎克定律的应力应变关系描述:s ? E?ANSYS TRAINING 塑性回顾: ? 塑性金属中也会遇到非弹性或塑性响应。C超过屈服应力是塑性区域，塑性区域中卸载后残 留一部分永久变形。 C如果考虑在分子层次上发生了什么，塑性变形是 由于剪切应力(偏差应力)引起的原子平面间的滑 移引起的。位错运动的实质是晶体结构中的原子 重新排列得到新的相邻元素，从而导致不可恢复 塑性应变。 C值得注意的是，与弹性不同，滑移不会引起任何 体积应变 (不可压缩条件)。ANSYS TRAINING 塑性回顾 (续):C 因为塑性处理由于位移引起的能量损失，所以它是 非保守(路径相关) 过程。 C 延性金属支持比弹性应变大得多的塑性应变。 C 弹性变形实质上独立于塑性变形，因此产生的超过 屈服点的应力仍产生弹性和塑性应变。因为假设塑 性应变不可压缩，所以材料响应随着应变增加变为 几乎不可压缩 。s屈服点 sy卸载 弹性 塑性?ANSYS TRAINING 率无关塑性: ? 如果材料响应和载荷速率或变形速率无关，称 材料为率无关 。C 低温时(& 1/4 或 1/3 的熔点温度)大多数材料呈现率 无关行为和低应变速率。ANSYS TRAINING ? 增量塑性理论 给出一种描述应力增量和应变增量 (?s 和??) 的数学关系， 用于表示塑性范围内 的材料行为。 ? 在增量塑性理论中，C屈服准则 C流动准则有三个基本组成部分:C强化规律ANSYS TRAINING 屈服准则屈服准则? 对于单向拉伸试件，通过比较轴向应力与材料 屈服应力，可以确定是否屈服。然而，对于多 向应力状态， 有必要去定义一个屈服准则。 ? 屈服准则 是应力状态的单值(标量)度量，可 以很容易地与单轴试验的屈服应力相比较。因 此如果知道应力状态和屈服准则，程序就能确 定是否会发生塑性应变。ANSYS TRAINING 范 ? 米赛斯屈服准则? 屈服准则:? 一个常用的屈服准则是 范 ? 米赛斯 屈服准则。 只要变形的内能(等效应力)超过一定值， 就会发 生屈服。 范?米赛斯等效应力定义为:se ?1 ?s 1 ? s 2 ?2 ? 2??s 2 ? s 3 ?2 ? ?s 3 ? s 1 ?2 ?式中 s1 、s2 和 s3 是主应力。 当等效应力超过 材料的屈服应力时，屈服发生：se ?s yANSYS TRAINING 范 ? 米赛斯屈服准则? 若在 3D 主应力空间中画出， von Mises 屈服面是一个 圆柱体。s2圆柱体以s1=s2=s3 为轴排列。 注意如果应力状态在圆柱体内， 不发生屈服。这意味着如果材料 在静水压力下 (s1=s2=s3)， 再 大的静水压力也不会引起屈服。 从另一个角度看，偏离 (s1=s2=s3) 轴的应力参与计算 von Mises 应力 {s}。s1 ?s2 ?s3s1 s3ANSYS TRAINING 范 ? 米赛斯屈服准则? 从轴 s1=s2=s3 的角度看，von Mises 屈服准 则如下所示。s3 s塑性sy弹性e s2s1主应力空间单轴应力－应变ANSYS TRAINING ? 缺省时，所有的率无关塑性模型采用 von Mises 屈服准则，除非另外说明。C双线性等向强化 (BISO) C多线性等向强化 (MISO) C非线性等向强化 (NLISO) C双线性随动强化 (BKIN) C多线性随动强化 (KINH & MKIN) CChaboche 非线性随动强化 (CHAB)ANSYS TRAINING Hill 屈服准则 (HILL)? 另一个有用的屈服准则是 Hill 准则，它是各向异性 (von Mises 是各向同性)。 Hill 准则可看作是 von Mises 屈服准则的延伸。 Hill 准则可写为：2 2 2 s o ? H ?s x ? s y ?2 ? F ?s y ? s z ?2 ? G ?s x ? s z ?2 ? 2 Nt xy ? 2 Lt yz ? 2 Mt xz六个常数（Rxx， Ryy， Rzz， Rxy， Ryz， Rxz ）表示 Hill 屈服准则的特性:G?H ? 1 2 Rxx3 N? 2 2 Rxy 3 L? 2 2 R yz 3 M? 2 2 Rxzy s xx Rxx ? so y s yy R yy ? so y s zz Rzz ? soy s xy Rxy ? 3 so y s yz R yz ? 3 so y s xz Rxz ? 3 so1 F?H ? 2 R yy 1 F ?G ? 2 RzzANSYS TRAINING Hill 屈服准则 (HILL)? Hill 准则需要通过简单试验 确定6 个常数。 ? 前面的常数（Rxx， Ryy， Rzz， Rxy， Ryz， Rxz）代表在给定方向的 屈服应力与参照屈服应力(von Mises)的比率。 ? 对线弹性材料特性， 可指定各向同性或正交各向异性特性 (EX， EY， EZ 等) ? Hill 准则不描述强化; 它仅描述屈服准则。Hill 势与等向、随动 和混合强化模型相结合。C 在这些模型中， von Mises 用作 ‘参照’ 屈服应力。Hill 模型则用来确定六 个方向的实际屈服应力值。s3ss2ys2 s3s3yes1主应力空间s2单轴 应力-应变ANSYS TRAINING 广义 Hill 势 (ANISO)? 广义 Hill 势与 Hill 势相似，区别如下:C广义 Hill 供非均质材料用 (拉伸和压缩屈服比率 不同)。 C直接输入不同方向的屈服应力 (应力单位)，不是屈 服应力比率 (无量纲)。 C强化规律是双线性等向强化。 已经内置于材料定 义中，所以不用发出TB，BISO 命令。 无需指定额外的强化准则。 C假设和温度无关。 C不支持 18x 单元。ANSYS TRAINING 广义 Hill 势 (ANISO)? 广义 Hill 势理论的屈服面可看作是在主应力 空间内移动了的变形圆柱体。C由于各向异性(不同方向屈服不同)，所以圆柱屈服 面变形 (Hill 准则)。 C因为屈服在拉伸和压缩中可指定为不同， 所以圆 柱屈服面被初始移动。s3 ss3yts3s3yces1主应力空间s2单轴应力-应变ANSYS TRAINING 强化规律强化规律: ? 强化规律 描述初始屈服准则如何随不断发展的塑性应变变化。强化规律描述在塑性流动过程中屈服 面如何变化。 ? 如果继续加载或者反向加载，强化规律确定材料何 时将再次屈服。塑性 加载后的屈服面 弹性 初始屈服面ANSYS TRAINING 强化规律… 强化规律: ? ANSYS 所用的基本强化规律有两个，用于规定屈 服面的修正:C随动 强化。? 屈服面大小保持不变， 并 沿屈服方向平移。 s2后继屈服面 初始屈服面s1 s2后继屈服面 初始屈服面C等向 强化。? 屈服面随塑性流动在所有方 向均匀膨胀。s1? 对于小应变循环载荷， 动强化行为。大多数材料显示出随ANSYS TRAINING 强化规律随动强化? 单轴试件随动强化的应力-应变行为是:s s’ sy2sy注意压缩时的后继屈服减小量等于拉 伸时屈服应力的增大量， 因此这两 种屈服应力间总能保持 2sy 的差值。 (这叫做 Bauschinger 效应 。) 随动强化通常用于小应变、循环加载 的情况。?ANSYS TRAINING 强化规律… 随动强化: ? 初始各向同性材料在屈服并经历随动强化后不再是 各向同性。 ? 随动强化模型不适合于非常大的应变的模拟。s s’ 2sysy ?ANSYS TRAINING 强化规律等向强化? 等向强化单轴试件应力-应变行为是:s s’ sy注意压缩的后继屈服应力等于 拉伸时的达到的最大应力。 等向强化经常用于大应变或比 例 (非周期)加载的模拟。?2s’ANSYS TRAINING 强化规律曲线形状? ANSYS塑性模型支持三种不同的曲线形状:s s s???双线性多线性非线性ANSYS TRAINING ? ANSYS程序有许多塑性选项， 允许将给定材料的 强化规律、曲线形状和率相关等紧密地匹配起来。Name Bilinear Kinematic Hardening Multilinear Kinematic Hardening Bilinear Isotropic Hardening Multilinear Isotropic Hardening Voce Nonlinear Isotropic Hardening Anisotropic Drucker-Prager Anand's Model Chaboche Hill Anisotropic Label BKIN Yield Criterion von Mises Flow Rule Associative Hardening Material Rule Response Kinematic BilinearMKIN KINH BISOvon MisesAssociativeKinematicMultilinearvon MisesAssociativeIsotropicBilinearMISOvon MisesAssociativeIsotropicMultilinearNLISOANISO DP ANAND CHAB HILL这些塑性选项在高级结构非线性 培训手 册中讨论。ANSYS TRAINING … 材料属性 ? 记住大应变 塑性分析要求输入数据为真实应力-对数应变 ， 而小应变分析 可以用工程应力-应变数据。应力真实 工程应变? 如果所提供的试验数据用工程应力-应变度量，那么在将它 输入ANSYS 进行大应变分析之前，必须转换为真实应力-对 数应变数据。ANSYS TRAINING … 材料属性: ? 然而， 在小应变水平，工程应力-应变值与真实 应力-对数应变值几乎恒等。C因此，真实应力-对数应变数据可用于一般情况。 C如果所提供的实验数据用真实应力-对数应变计量， 那 么在输入 ANSYS 之前，即使对小应变分析也不需要转换 为工程应力-应变。?l = ln (1 + ?) strue = s (1 + ?)ANSYS TRAINING 材料属性 C 双线性随动强化:? 双线性随动强化(BKIN)用双线性的应力-应变曲线 表示，包括弹性斜率和剪切模量。采用随动强化的 Mises屈服准则，因此包括包辛格效应。该选项可 以用于小应变和循环加载的情况。s sy双线性随动强化所需的输入数据是弹性 模量E、屈服应力sy 和剪切模量ET。ET下面我们在ANSYS中来介绍材料定义的过程?y?ANSYS TRAINING 材料属性 C 多线性随动强化:? 多线性随动强化有两个选项: MKIN (固定表) 和 KINH (通用)。 两种材料模型都用多线性的应力应变曲线模拟随动强化效应。 这些选项用 Mises 屈服准则， 对金属的小应变塑性分析有效。MKIN 和 KINH 都通过输入弹性模量和 应力-应变数据点定义， 弹性模量(E)的 输入步骤与 BKIN 模型相同。ANSYS TRAINING … 多线性随动强化 C 固定表 (MKIN):? MKIN 选项用 Besseling 或 底层模型 (见ANSYS 理论手册 )。 MKIN 选项最多允许五个应力-应变 数据点， 最多五条温度相关曲线。 MKIN 模型有 如下附加限制:C每一条应力-应变曲线 必须 用同一组应变值。 C曲线的第一个点必须 和弹性模量一致 C不允许有大于弹性模量的斜率段(允许负斜率， 但会导 致收敛问题 )。 C对于应变值超过输入曲线终点的情况， 假定为理想塑 性材料行为。ANSYS TRAINING … 多线性随动强化 C 固定表 (MKIN):C 输入非线性真实应力- 对数应变数据:? MKIN 的应力-应变选项:C 随着温度的升高无应力松弛 ( 缺省)。 C 用新的权重因子重新计算总塑性应变。 C 比例缩放塑性应变以保持总塑性应变不变; 符合 Rice 模型(推荐)。ANSYS TRAINING … 多线性随动强化-通用 (KINH):? KINH 选项去掉了MKIN 模型强加的一些限制。 (KINH与BOPT=2， Rice模型的 MKIN 有同样的力 学行为)。 可以定义40条温度相关的应力-应变曲 线， 每一条曲线可以有20个数据点。 不同温度 的曲线必须 有相同数量的点， 然而不同曲线的 应变值可以不同。 ? 假设不同应力-应变曲线上的对应点代表特定低层 的温度相关的屈服行为。ANSYS TRAINING … 多线性随动强化-通用 (KINH):? 定义KINH模型:C在材料GUI中， 双击 Structural … Nonlinear … Inelastic … Kinematic Hardening … Multilinear (General)(续下页) ANSYS TRAINING … 多线性随动强化-通用 (KINH):C输入非线性真实应力 - 对数应变数据可以定义五条温度相关曲线。点击添加应力-应变数据点。ANSYS TRAINING … 多线性随动强化 -通用 (KINH):? 预览所输入的材料属性:C拾取对话框中的“Graph”。注意:从材料模型界面生成的材 料数据表曲线图的标题中有 “preview‖字样。ANSYS TRAINING … 多线性随动强化 -通用 (KINH):? 一旦定义了材料属性， 画应力-应变曲线图的 推荐步骤是: ? Utility Menu & Plot & Data Tables …显示材料标识号。单个数据点有标识。ANSYS TRAINING … 多线性随动强化 (KINH): ? 作为 GUI 的备用， 同样的材料非线性属性 可以通过如下的命令行输入来定义:/PREP7 MPTEMP， 1， 0 MPDATA， EX， 1， ，
MPDATA， PRXY， 1， ， 0。33 TB， KINH， 1， 1， 8 TBTEMP， 0 TBPT， ， 0。000625， 10000 TBPT， ， 0。0025， 15000 TBPT， ， 0。005， 21000 TBPT， ， 0。01， 29000 TBPT， ， 0。015， 32600 TBPT， ， 0。02， 34700 TBPT， ， 0。04， 36250 TBPT， ， 0。1， 39000 TBPLOTANSYS TRAINING 材料属性 -双线性等向强化:? 双线性等向强化(BISO)也用双线性的应力-应变曲线表示。 采用等向强化的von Mises屈服准则。 该选项通常用于金 属塑性的大应变情况。 建议不要将双线性等向强化用于循 环加载。 s sy双线性等向强化需要输入的值是弹性模 量E、屈服应力sy和剪切模量ET。 输入 步骤与双线性随动强化模型相同。ET?y?ANSYS TRAINING 材料属性 C 多线性等向强化:? 多线性等向强化 (MISO) 也用多线性的应力－应变曲线 表示。 采用等向强化的Mises屈服准则。 该选项通常 用于比例加载和金属塑性的大应变情况。通过输入弹性模量和应力－应变数据 点来定义多线性等向强化模型。 输入 步骤与KINH模型类似。ANSYS TRAINING … 多线性等向强化 (MISO): ? MISO 选项最多允许 100 个应力－应变数据点及 20 条温度相关曲线。 MISO 模型有如下附加限制 :C曲线的第一个点必须 与弹性模量相对应。 C不允许有大于弹性模量或小于零的斜率段。C对于应变值超过输入曲线终点的情况， 假定为理想塑 性材料行为。ANSYS TRAINING … 多线性等向强化 (MISO):? 定义 MISO 模型:C 在材料 GUI 中双击 Structural … Nonlinear … Inelastic … Rate Independent … Isotropic Hardening … Mises Plasticity … Multilinear(按定义KINH 相同的步骤操作)ANSYS TRAINING 练习? 双线性随动强化材料输入 ? 多线性随动强化材料输入ANSYS TRAINING 高级有限元模型技术? ? ? ? ? 制订分析方案 降维技术 Mesh200 MPC（替代DOF耦合技术） 模型输入与输出、合并技术ANSYS TRAINING 制订分析方案ANSYS TRAINING 通常考虑的分析因素制订分析方案是很重要的。一般考虑下列问题：. . . . . .分析领域 分析目标 线性/非线性问题 静力/动力问题 分析细节的考虑 几何模型对称性? ? ? ? ? ?单元类型 网格密度 单位制 材料特性 载荷 求解器ANSYS TRAINING 通常考虑的分析因素（续）制订的分析方案好坏直接影响分析的精度和成本（人 耗工时，计算机资源等），但通常情况下精度和成本 是相互冲突，特别是分析较大规模和具有切割边界的 模型时更为明显。一个糟糕的分析方案可能导致分析 资源紧张和分析方式受得限制。ANSYS TRAINING 确定合适的分析学科领域 .实体运动，承受压力，或实体间存在接触准则结构热.施加热、高温或存在温度变化.恒定的磁场或磁场 .电流（直流或交流） .气（液）体的运动，或受限制的气体/液体 .以上各种情况的耦合磁电流体耦合场ANSYS TRAINING 分析目的分析目的直接决定分析近似模型的确定。分析目的，就是这样一个 问题的答案：“利用FEA我想研究结构哪些方面的情况？”结构分析:准则.要想得到极高精度的应力结果，必须保证影响精度的任何结构部位. .有理想 的单元网格，不对几何形状进行细节上的简化。应力收敛应 当得到保证，而任何位置所作的任何简化都可能引起明显误差。 在忽略细节的情况下，使用相对较粗糙的单元网格计算转角和法向 应力。 复杂的模型要求具有较好的均匀单元网格，并允许忽略细节因素。ANSYS TRAINING 高效率建模技术在建立分析模型之前必须制订好建模方案： C必须考虑那些细节问题？ C对称/反对称/轴对称？ C选用那种类型的单元？? 线单元 ? 壳单元 ? X－Y平面单元 ? 平面应力或应变单元 ? 轴对称单元 ? 谐单元 ? 实体单元 ? 专用单元 ? 线性单元/高阶单元/P单元 ? 四边形单元/三角形单元，块单元/四面体单元ANSYS TRAINING 高效率建模技术 - 细节处理.对于分析不重要的细节不应当 .包含在分析模型中。当从CAD系 统传一个模型到 ANSYS 程序中 时往往可以作大量的简化处理。 然而，诸如倒角或孔等细节可 以是最大应力出现的位置，这些 细节对于你的分析目的是十分重 要的。不带倒角带倒角ANSYS TRAINING 降维技术- 对称性模型对称 ― 当物理系统的形状、材料和载荷具有对称性 时，就可以只对实际结构中具有代表性的部分或截面 进行建模分析，再将结果映射到整个模型上，就能获 得相同精度的结果。 物理系统对称分析要求具有以下对称性条件： C几何结构对称C材料特性对称C具有零位移约束 C存在非零位移约束ANSYS TRAINING 降维技术- 对称性模型(续)对称类型 轴对称即绕某一轴线存在对称性，这 类结构如：电灯泡，直管，圆锥体， 圆盘和圆屋顶。对称面就是旋转形成 结构的横截面，它可以在任何位置。 大多数轴对称分析求解必须假定非零 约束（边界），集中力、压力和体截 荷均具有轴对称。然而，如果截荷不 存在轴对称性，并且是线性分析，可 以将截荷分成简谐成分，进行独立求 解（然后进行叠加）。ANSYS TRAINING 降维技术- 对称性模型(续)对称类型(续) 旋转对称即结构由绕轴分布的 几个重复部分组成，诸如涡轮 叶片这类物体。大多数旋转对 称分析求解要求非零位移约束 （边界），集中力、压力和体 载荷应具有对称性。然而，如 果载荷不对称分布，并且如果 是线性分析，它们可以利用周 期对称求解。ANSYS TRAINING 降维技术- 对称性模型(续)对称类型(续) 平面 或 镜面对称即结构的一 半与另一半成镜面映射关系， 对称位置（镜面）称为对称平 面。大多数平面对称分析求解 要求非零位移约束（边界）， 集中力、压力和体力应当对称 。但是，如果这些载荷不对称 ，并且是线性分析，它们可以 分成对称或反对称问题进行独 立求解。该图显示了镜面对称和旋转对称ANSYS TRAINING 降维技术- 对称性模型(续)对称类型(续) 重复或平移对称即结构是由沿 一直线分布的重复部分组成， 诸如带有均匀分布冷却节的长 管等结构。该对称要求非零位 移约束，集中力、压力和体载 荷应具有对称性。图示模型具有镜面对称 (2X) 和 重复对称一个结构可能由多个对称平面，这样就可以利用对称性建立一个很小的等效分析模型。ANSYS TRAINING 降维技术- 对称性模型(续).在实际当中，可以利用对称模型进行分析能获得更好的分析结果，因为可以建立更精确、 综合考虑各细节的模型。ANSYS TRAINING Mesh200单元? 用于划分单元，与求解无关。 ? 拖拉或扫掠划分网格时使用。 ? 注意：节点分布要与实体单元一致。 ? 例：生成一个弹簧形网格（solid45）ANSYS TRAINING MPC（替代DOF耦合技术）ANSYS TRAINING 模型合并? ? ? ? 不同的人建立不同的模型部分 较大的模型分割为若干小模型 Cdwrite CdreadANSYS TRAINING Cdwrite? 可输出两部分内容：数据库模型（Ansys命令格式）（除了实体模型及实体载荷外） 实体模型与实体载荷（IGES命令格式）? 可以有选择地进行输出 ? 输出时，ansys给每一个文件写入合适的 NUMOFF命令，保证以后将这些文件读入时不会 和数据库中已有的模型发生冲突，这正是模型 合并所要求的。ANSYS TRAINING Cdread? 读入由Cdwrite输出的模型 ? 可以读入不同的模型到一个数据库，实现模型 的合并ANSYS TRAINING 练习? 两个平面模型的合并（plane42单元）ANSYS TRAINING 高级建模技术ANSYS TRAINING 梁的高级使用ANSYS TRAINING 梁? 梁单元 是线单元，是3-D结构的一维理 想化模型 ? 梁单元比实体和壳单元更有效ANSYS TRAINING 梁的属性? 建立梁的第一步，同任何分析一样，先建立几何模 型 ― 通常是由关键点和线组成的框架结构。 ? 然后定义如下的梁的属性:C单元类型 C横截面 C材料特性ANSYS TRAINING 梁的属性单元类型 ? 选择下面类型中的一个:CBEAM188 ― 3-D, 线性 (2-node) CBEAM189 ― 3-D, 二次函数 (3-node)? ANSYS 有许多其它梁单元，但推荐使用BEAM188 和 189C对绝大部分梁结构都适合 C支持线性和非线性分析,包括塑性，大变形和非线性失稳 C具有包括用多种材料模拟层状材料，复合材料，截面加 强的能力 C具有用户定义截面几何尺寸的能力 C在前、后处理过程中容易使用ANSYS TRAINING 梁属性横截面 ? 对 BEAM188 和 189单元的完整定义 包括对横截面属性的定义。 ? BeamTool提供了方便的操作.CPreprocessor & Sections & Common Sectns... C选择想要的形状，然后输入尺寸 C按 Preview 按钮观看形状,然后按 OK. C若有多个横截面，必须给每个横截面 指定编号（任意定义名称）ANSYS TRAINING 梁属性? 工字梁横截面的样本预览如下 (SECPLOT) ? 除了预先定义好的横截面形状之外， ANSYS允许用户通过 建立二维实体模型来建立自己的“自定义”横截面形状 ? 同标准横截面一样，可以 把自定义的横截面和想要 的尺寸保存到横截面库中 以便日后使用。ANSYS TRAINING 梁属性? “自定义”横截面形状步骤: 建立面 指定线分割数 保存截面 编辑截面（若需要，如定义复合材料截面 等） 读入截面(使用时)举例：有圆孔的方形梁 截面上的不同材料ANSYS TRAINING 梁属性材料属性 ? 线性和非线性材料属性均可 ? 所有梁的属性定义好以后，下一步是对几何模型进 行网格划分ANSYS TRAINING 梁网格划分? 用梁单元对几何模型做网格划分包括三 个主要步骤:C指定线的属性 C指定线分割尺寸 C划分网格? MeshTool 提供了上述三个步骤的便利 操作ANSYS TRAINING 梁网格划分步骤1: 指定线的属性 ? 梁网格划分的线属性包括:C材料号 C横截面号 C方向关键点? 相对于梁轴线，横截面是怎样放置 ? 所有横截面类型都需要指定 ? 单个关键点可以分配给多条线 ( 即不需要为每条线指定独 立关键点) ? 每条线的端点都有它的方向关键点，允许横截面绕梁轴线 扭转。ANSYS TRAINING 梁网格划分? 使用方向关键点的例子:ANSYS TRAINING 梁网格划分? 使用Mesh Tool的单元属性指定线属性 (或选择想 要的线和使用 LATT 命令)拾取线BEAM188 & 189 单元的附加属性ANSYS TRAINING 梁网格划分步骤2 :线分割 ? 对 BEAM188 和 189 单元，建议不要把整个梁当作 一个单元 ? 使用 Mesh Tool的 “Size Controls”指定想要的 线分割数(或用 LESIZE 命令).ANSYS TRAINING 梁网格划分步骤3:生成网格 ? 先保存数据库文件 (Toolbar & SAVE_DB 或使用SAVE 命令 ). ? 按下Mesh Tool中的 Mesh 按钮 (或执行 LMESH,ALL命令) 生成网格拾取线ANSYS TRAINING 梁网格划分? 在单元绘图中显示横截面形状, 状: 激活显示单元形CUtility Menu & PlotCtrls & Style & Size and Shape? C或使用命令 /ESHAPE,1ANSYS TRAINING 梁网格划分? 网格划分完成后,接着施加荷载并求解ANSYS TRAINING 加载? 梁的典型加载包括:C位移约束? 施加在节点或关键点上C力? 施加在节点或关键点上C压力? Solution & Apply & Pressures & On BeamsC或 使用SFBEAM 命令（力的作用面参见help文件）C重力或旋转速度? 作用在整个结构上ANSYS TRAINING 求解，查看结果? 获取解答:C先保存数据库文件. C求解. (或把载荷写入载荷步文件，然后求解所有载荷 步)? 查看结果的方法同应力分析相同:C观察变形 C观察反力 C画应力、应变图? BEAM188 和 189 单元的主要优势是应力可以直接在单元上观看 （同壳和实体单元），必须激活单元形状显示。ANSYS TRAINING ? 演示:C 恢复数据库文件frame.db (包括线，关键点，载荷，单元类型, 材料和两个横截面)。 C 画出两个已定义的横截面 (SECPLOT,1 & 2)。 C 用 BeamTool 定义第三个横截面：? ID=3: Name = peak, Sub-type = box (空心矩形), W1=6, W2=6;T1=T2=T3=T4=0.25C 打开 MeshTool, GPLOT, 对下面的线属性赋值：? ? ? ? ?斜线: mat=1, secnum=3, 方向关键点 KP =100 左垂线 : mat=1, secnum=2,方向关键点 KP =102 右垂线 : mat=1, secnum=2,方向关键点 KP = 101 左前水平线: mat=1, secnum=1,方向关键点 KP = 1 右后水平线: mat=1, secnum=1,方向关键点 KP = 3C 对所有线指定 size=20。 C 存储，然后LMESH,ALL， 然后/ESHAPE,1 并EPLOT C 对关键点 9 施加 fy 方向，大小为-10000lb的载荷，约束4个底部关键点的所有自由度。 C 求解, 观察结果：变形图，反力，应力SX (= 轴向 +弯曲)。选择横截面编 号是3的单元，画应力图。对2号横截面重复上面的操作。ANSYS TRAINING 练习? 建筑框架ANSYS TRAINING 壳的高级使用ANSYS TRAINING 壳用于薄面板或曲面的模型，壳分析 应用的基本原则是每块面板的主尺寸不低 于其厚度的10倍。ANSYS TRAINING 壳的使用薄壳 (Love/Kirchhoff)C假设最初垂直于壳的中面的横截面 在加载过程中保持平直并垂直于中 性轴，该假设不包括剪切变形。中厚壳 (Mindlin/Reissner)C假设最初垂直于壳的中面的横截面 在加载过程中保持平直但不再保持 垂直于中性轴，所以剪切应变在横 截面内是常数。ANSYS TRAINING 壳单元壳单元的补充说明: ? 大多数 ANSYS 壳单元假设单元和结点位置描述单元的中 面。对低阶单元，用 SHELL181的SECOFFSET (上,下或 用户定义的偏移量)。对高阶单元，用SHELL91 和 99 (复 合壳) 来模拟节点偏移到上下表面的壳。 ? 对非线性分析，不同的壳单元在面内和面外有不同的积分 点数。例如, 具有 URI 的SHELL181 在面内有1个积分点 ，在厚度方向上有5 个。特定单元的详细说明可参阅理论 手册第14 章。注意SHELL181 在厚度上可以有用户定义 的积分点。ANSYS TRAINING SHELL181? SHELL181 属于 18x 系列单元，由于其丰富的特 点，对非线性应用建议选择该单元。 ? 单元技术C考虑横向剪切的中等 ‘厚’ 壳单元 CURI (缺省) 或面内行为的不协调模式 C对壳单元横截面定义使用截面概念 C支持层定义 (复合)? 本构模型C和其它壳单元相比, SHELL181 支持大多数非线性本 构模型，包括率无关塑性，粘塑性/蠕变和超弹性 C对复合单元，用户可将线性和/或非线性材料属性结合ANSYS TRAINING SHELL181 截面定义? SHELL181 使用 “截面” 定义 C 如果没有定义壳截面，仍然支持实常数的定义。然而壳截面 功能更强大，更灵活，更易使用，因此是推荐的输入方法。 C 截面定义可以输入18x单元支持的任何类型的线性或非线性材 料的层(复合)。 C 在截面上定义层的方向和厚度方向的积分点C 结点可以定义为位于上下表面或用户定义的位置C 通过 SECFUN 命令更易定义渐变壳单元 (无需使用 RTHICK) C 壳截面的基本原理和 BEAM188/189 的梁横截面定义一致 (后 面讨论)ANSYS TRAINING SHELL181截面定义? 先定义 SHELL181 单元类型和所有用到的材料性 能。然后激活壳截面 GUI :Main Menu & Preprocessor & Sections & -ShellAdd/Edit ?ANSYS TRAINING SHELL181截面定义? 本例中，定义一个复合截面的例子。壳截面 GUI & Layup 标签 C 输入壳截面名字(最多 8 个字符) 和独有的 ID 号。 C 通过简易按钮添加或删除不同层。ANSYS TRAINING SHELL181截面定义? 方便地布置横截面定义C容易定义厚度、材料ID 、取向和积分点数。 C截面偏移可以指定为中间、上、下或用户定义的面。ANSYS TRAINING SHELL181截面定义? 在“Controls” 标签中指定其它参数。壳截面 GUI & Section Controls 标签 C大多数时候，缺省值已足够，但用户可以定义沙漏控 制、横向剪切刚度等。ANSYS TRAINING SHELL181截面定义? 总结标签提供基于文本的总结，用户也可绘出截面来确认叠 层。壳截面 GUI & Summary 标签Main Menu & Preprocessor & Sections & -Shell- Plot Section ?ANSYS TRAINING SHELL181截面定义? 下面的命令提供和壳截面 GUI 相同的功能:C Define shell section and name SECTYPE, SECID, Shell, Subtype, Name, REFINEKEY C Define each shell layer property SECDATA, A, Iyy, Iyz, Izz, Iw, J, CGy, CGz, SHy, SHz C Define shell offsets SECOFFSET, Location C Define additional shell controls SECCONTROLS, --, TXZ, --, TXY, ADDMAS C Define shell thickness variation SECFUN, %table%? 在下面的参考资料中可得到更多的信息CStructural Analysis Guide, “Shell Analysis and Cross Section” CCommands Manual for /PREP7 Section CommandsANSYS TRAINING SHELL181截面定义? 指定单元类型和壳截面定义后，就可以设置缺省属 性以对具有指定壳截面的区域划分网格了。Command: SECNUM,value Main Menu & Preprocessor & MeshTool Meshtool & -Element Attributes- GlobalANSYS TRAINING SHELL181截面定义? 划分网格后，在网格上也可看到壳横截面。Command: /ESHAPE,1 Utility Menu & PlotCtrls & Style & Size and ShapeANSYS TRAINING ? 例子：beam_shell.mac板加筋的模拟（节点偏置）ANSYS TRAINING 高级加载技术ANSYS TRAINING 载荷考虑? 与其它单个分析因素相比，选择合适的载荷对你的分析结果 影响更大。 ? 将载荷添加到模型上一般比确定是什么载荷要简单的多。ANSYS TRAINING 载荷分类载荷 包括边界条件和内外环境对物体的作用。可以分成以 下几类：定义? ? ? ? ?自由度约束 集中载荷 面载荷 体载荷 惯性载荷ANSYS TRAINING 自由度约束自由度约束就是给某个自由度(DOF)指定一已知数 值 (值不一定是零)。定义ANSYS TRAINING 集中载荷集中载荷 就是作用在模型的一个点上的载荷。定义ANSYS TRAINING 集中载荷 (续)举例? 结构分析中的力和弯矩。 ? 热分析中热流率。 ? 集中载荷可以添加到节点和关键点上。(添加到关键点 上的力将自动转化到相连的应节点上。)ANSYS TRAINING 集中载荷 (续)对于结构分析而言? 集中载荷通常是向由梁(beam)、杆(spars)和弹簧(springs) 构成}
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