单元种类.pptx
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1、2001年10月1日B-29 ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV(001128)高效率建模方法高效率建模方法高效率建模方法高效率建模方法-单元种类单元种类单元种类单元种类(续续续续)在单元手册在单元手册(资料或在线帮助资料或在线帮助)中,中,ANSYS单元库有单元库有100多种单元类多种单元类型,其中许多单元具有好几种可选择特性来胜任不同的功能。你要型,其中许多单元具有好几种可选择特性来胜任不同的功能。你要做的工作就是将单元的选择范围缩小到少数几个单元上。做的工作就是将单元的选择范围缩小到少数几个单元上。具体单元名称具体单元名称单元图示单元图示ANSYS 单元名称单元名称单元
2、特性单元特性(类别类别,编号编号)2001年10月1日B-30 ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV(001128)准则准则高效率建模方法高效率建模方法高效率建模方法高效率建模方法-单元种类单元种类单元种类单元种类(续续续续)在结构分析中,结构的应力状态决定单元类型的在结构分析中,结构的应力状态决定单元类型的选择。选择。选择维数最低的单元去获得预期的结果选择维数最低的单元去获得预期的结果(尽量做尽量做到能选择点而不选择线到能选择点而不选择线,能选择线而不选择平面,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能选择平面而不选择壳,能选择壳而不选择三维实体实体)
3、.对于复杂结构,应当考虑建立两个或者更多的不对于复杂结构,应当考虑建立两个或者更多的不同复杂程度的模型。你可以建立简单模型,对结同复杂程度的模型。你可以建立简单模型,对结构承载状态或采用不同分析选项作实验性探讨。构承载状态或采用不同分析选项作实验性探讨。2001年10月1日B-31 ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV(001128)高效率建模方法高效率建模方法高效率建模方法高效率建模方法-单元种类单元种类单元种类单元种类(续续续续)主要单元类型举例主要单元类型举例 线单元线单元:Beam(梁梁)单元是用于螺栓单元是用于螺栓(杆杆),薄壁管件,薄壁管件,C形截面形截面构件,角钢
4、或者狭长薄膜构构件,角钢或者狭长薄膜构件件(只有膜应力和弯应力的只有膜应力和弯应力的情况情况)等模型。等模型。Spar(杆杆)单元是用于弹簧,单元是用于弹簧,螺杆,预应力螺杆和薄膜桁螺杆,预应力螺杆和薄膜桁架等模型架等模型。Spring 单元是用于弹簧,单元是用于弹簧,螺杆,或细长构件,或螺杆,或细长构件,或 通通过刚度等效替代复杂结构等过刚度等效替代复杂结构等模型模型。2001年10月1日B-32 ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV(001128)高效率建模方法高效率建模方法高效率建模方法高效率建模方法-单元种类单元种类单元种类单元种类(续续续续)主要单元类型举例主要单元类
5、型举例 壳单元壳单元:Shell(壳壳)单元用于薄面板单元用于薄面板或曲面模型。或曲面模型。壳单元分析应用的基本原则壳单元分析应用的基本原则是每块面板的主尺寸不低是每块面板的主尺寸不低于其厚度的于其厚度的10倍。倍。准则准则2001年10月1日B-33 ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV(001128)高效率建模方法高效率建模方法高效率建模方法高效率建模方法-单元种类单元种类单元种类单元种类(续续续续)主要单元类型举例主要单元类型举例 X-Y 平面单元平面单元:在整体笛卡尔在整体笛卡尔X-Y平面内(模型必须建在此面内),平面内(模型必须建在此面内),有几种类型的有几种类型的A
6、NSYS单元可以选用。单元可以选用。其中任何一种单其中任何一种单元类型只允许有平面应力、平面应变元类型只允许有平面应力、平面应变、轴对称、和轴对称、和/或或者谐结构特性。者谐结构特性。平面应力或应变平面应力或应变:OKNJMPLIIJK,L,OPNMTriangular OptionY(or Axial)X(or Radial)2001年10月1日B-34 ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV(001128)高效率建模方法高效率建模方法高效率建模方法高效率建模方法-单元种类单元种类单元种类单元种类(续续续续)主要单元类型举例主要单元类型举例平面应力平面应力 假定在假定在Z方向上
7、的应力方向上的应力为零,主要有以下特点:为零,主要有以下特点:4当当Z方向上的几何尺寸远远小方向上的几何尺寸远远小于于X和和Y方向方向上的尺寸才有效。上的尺寸才有效。4所有的载荷均作用在所有的载荷均作用在XY平面平面内。内。4在在Z方向上存在应变。方向上存在应变。4运动只在运动只在XY平面内发生。平面内发生。4允许具有任意厚度允许具有任意厚度(Z方向上方向上)。平面应力平面应力 分析是用来分析诸如分析是用来分析诸如承受面内载荷的平板、承受压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力或远离中心载荷的薄圆盘等结构。结构。2001年10月1日B-35 ANSYS培训教程 版本 5.5 X
8、JTU MSSV(001128)高效率建模方法高效率建模方法高效率建模方法高效率建模方法-单元种类单元种类单元种类单元种类(续续续续)主要单元类型举例主要单元类型举例平面应变平面应变 假定在假定在Z方向的应变为方向的应变为零,主要具有以下特点:零,主要具有以下特点:4当当Z方向上的几何尺寸远远大方向上的几何尺寸远远大于于X和和Y方向方向上的尺寸才有效。上的尺寸才有效。4所有的载荷均作用在所有的载荷均作用在XY平面平面内。内。4在在Z方向上存在应力。方向上存在应力。4运动只在运动只在XY平面内发生。平面内发生。平面应变分析平面应变分析是用于分析那种一个是用于分析那种一个方向的尺寸(指定为总体方向
9、的尺寸(指定为总体Z方向)方向)远远大于其它两个方向的尺寸,并远远大于其它两个方向的尺寸,并且垂直于且垂直于Z轴的横截面是不变的。轴的横截面是不变的。2001年10月1日B-36 ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV(001128)高效率建模方法高效率建模方法高效率建模方法高效率建模方法-单元种类单元种类单元种类单元种类(续续续续)主要单元类型举例主要单元类型举例轴对称轴对称 假定三维实体模型是由假定三维实体模型是由XY面面内的横截面绕内的横截面绕Y轴旋转轴旋转360o 形成的形成的(管,锥体,圆板(管,锥体,圆板,圆顶盖,圆盘等)圆顶盖,圆盘等)。4对称轴必须和整体对称轴必须
10、和整体 Y 轴重合。轴重合。4不允许有负不允许有负 X 坐标。坐标。4Y 方向是轴向,方向是轴向,X方向是径向,方向是径向,Z方向是周向方向是周向(hoop)。4周向位移是零;周向应变和应力周向位移是零;周向应变和应力十分明显。十分明显。4只能承受轴向载荷(所有载荷)。只能承受轴向载荷(所有载荷)。Hoop2001年10月1日B-37 ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV(001128)高效率建模方法高效率建模方法高效率建模方法高效率建模方法-单元种类单元种类单元种类单元种类(续续续续)主要单元类型举例主要单元类型举例谐单元谐单元 将轴对称结构承受将轴对称结构承受的非轴对称载荷
11、分解成傅立的非轴对称载荷分解成傅立叶级数。傅立叶级数的每一叶级数。傅立叶级数的每一部分独立进行求解,然后根部分独立进行求解,然后根据再合并到一起据再合并到一起。谐单元较常用于单一受扭或谐单元较常用于单一受扭或受弯的分析求解受弯的分析求解,其中受扭其中受扭和受弯对应于傅立叶级数的和受弯对应于傅立叶级数的第第1和第和第2项。这种简化处理项。这种简化处理本身不具有任何近似性!本身不具有任何近似性!单元坐标系单元坐标系(显示的是显示的是 KEYOPT(1)=0情形情形)OKJMPLIIJK,L,OPNMTriangular OptionyxNY(Axial)X(Radial)2001年10月1日B-3
12、8 ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV(001128)高效率建模方法高效率建模方法高效率建模方法高效率建模方法-单元种类单元种类单元种类单元种类(续续续续)主要单元类型举例主要单元类型举例谐单元谐单元-举例:举例:假定一承受剪力,假定一承受剪力,弯矩,和弯矩,和/或者扭矩的轴或者扭矩的轴。轴上的扭矩以傅立叶级数的一项施加到轴上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,事实上是这时,除了扭矩外,事实上是一般的轴对称问题一般的轴对称问题。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
13、于实际当中的任意循环分布载荷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。项傅立叶级数才能得到满意的结果。MVT2001年10月1日B-39 ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV(001128)高效率建模方法高效率建模方法高效率建模方法高效率建模方法-单元种类单元种类单元种类单元种类(续续续续)主要单元类型举例主要单元类型举例 三维实体单元三维实体单元:用于那些由于几何、材用于那些由于几何、材料、载荷或分析结果要料、载荷或分析结果要求考虑的细节等原因造求考虑的细节等原因造成无法采用更简单单元成无法采用更简
14、单单元进行建模的结构。进行建模的结构。四面体模型使用四面体模型使用CAD建建模往往比使用专业的模往往比使用专业的FEA分析建模更容易,分析建模更容易,也偶尔得到使用。也偶尔得到使用。KRLQOPMNJIXYZTetrahedron meshBrick mesh2001年10月1日B-40 ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV(001128)高效率建模方法高效率建模方法高效率建模方法高效率建模方法-单元种类单元种类单元种类单元种类(续续续续)主要单元类型举例主要单元类型举例 专用单元专用单元:专用单元专用单元 包括包括接触接触单元单元-用于用于构件间存在接触面的结构建模构件间存在
15、接触面的结构建模,如涡轮盘和叶片,螺栓头部和法如涡轮盘和叶片,螺栓头部和法兰,电触头,以及兰,电触头,以及O-圈等等。圈等等。做好接触分析要求有这方面的知做好接触分析要求有这方面的知识和经验识和经验。JIGAPM or M/2CXYZFSLIDEK1K2M or M/22001年10月1日B-41 ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV(001128)高效率建模方法高效率建模方法高效率建模方法高效率建模方法-单元种类单元种类单元种类单元种类(续续续续)其它可供选择的单元类型其它可供选择的单元类型 线性单元线性单元/二次单元二次单元/p单元单元:一旦你决定采用平面、三维壳或一旦你决
16、定采用平面、三维壳或者三维实体单元,还需要进一步决定者三维实体单元,还需要进一步决定采用线性、四边形或采用线性、四边形或P单元。单元。线性单线性单元和高阶单元之间明显的差别是线性元和高阶单元之间明显的差别是线性单元只存在单元只存在“角节点角节点”,而高阶单而高阶单元还存在元还存在“中节点中节点”。下面还提到下面还提到一些差别。一些差别。线性单元内线性单元内的位移按线性变化,的位移按线性变化,因此因此(大多数时大多数时)单个单元上的单个单元上的应力状态是不变的。应力状态是不变的。二次单元内二次单元内的位移是二阶变化的位移是二阶变化的,因此单个单元上的应力状的,因此单个单元上的应力状态是线性变化的
17、。态是线性变化的。p单元内单元内的位移是从的位移是从2阶到阶到 8阶阶变化的,而且具有求解收敛自变化的,而且具有求解收敛自动控制功能,自动各位置上分动控制功能,自动各位置上分析应当采用的阶数析应当采用的阶数。2001年10月1日B-42 ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV(001128)高效率建模方法高效率建模方法高效率建模方法高效率建模方法-单元种类单元种类单元种类单元种类(续续续续)其它可供选择的单元类型其它可供选择的单元类型 其它其它.我们有必要讲述一下我们有必要讲述一下ANSYS中各线性概念之间的区别中各线性概念之间的区别。线性分析线性分析 是指不包含任何非线性影响是
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