ANSYS生死单元

1、单元单元死活死活Basic Structural Basic Structural Basic Structural Basic Structural Basic Structural Basic Structural NonlinearitiesNonlinearitiesNonlinearitiesNonlinearitiesNonlinearitiesNonlinearities 5.7 5.7 5.7 5.7 5.7 5.7Training ManualJanuary 30, 2001Inventory #00145110-21. 单元死活的定义单元死活的定义2. 单元单元死活死活的应

2、用范畴的应用范畴3. 单元单元死活死活在在ANSYSANSYS中的实现中的实现4. 单元单元死活死活的使用的使用过程过程5. 使用使用ANSYSANSYS结果控制单元生与死结果控制单元生与死6. 排错排错在本章结束时将能够描述和论证以下内容：在本章结束时将能够描述和论证以下内容：SessionObjectiveBasic Structural Basic Structural Basic Structural Basic Structural Basic Structural Basic Structural NonlinearitiesNonlinearitiesNonlinearities

3、NonlinearitiesNonlinearitiesNonlinearities 5.7 5.7 5.7 5.7 5.7 5.7Training ManualJanuary 30, 2001Inventory #00145110-3如果在加载过程中需要在结构中加入或移除材料，这时或许希望如果在加载过程中需要在结构中加入或移除材料，这时或许希望能使模型中的某些单元能使模型中的某些单元“ 不存在不存在”或或“ 存在存在”。在这种情况下，可以在模型加载过程中的某一指定时间在这种情况下，可以在模型加载过程中的某一指定时间 (载荷步载荷步)中利用单元的生与死选项来杀死或重新激活选定的单元。中利用单元

4、的生与死选项来杀死或重新激活选定的单元。单元的生与死被定义为一种状态变化的非线性单元的生与死被定义为一种状态变化的非线性(类似于接触问题类似于接触问题)。Basic Structural Basic Structural Basic Structural Basic Structural Basic Structural Basic Structural NonlinearitiesNonlinearitiesNonlinearitiesNonlinearitiesNonlinearitiesNonlinearities 5.7 5.7 5.7 5.7 5.7 5.7Training Manu

5、alJanuary 30, 2001Inventory #00145110-4可能的应用包括可能的应用包括: 挖掘挖掘 (如隧道或泥墙挖掘如隧道或泥墙挖掘 ) 层级建筑层级建筑 ( 如无支撑桥梁架设如无支撑桥梁架设 ) 连续装配连续装配 (如分层计算机芯片的制作，环氧处理等如分层计算机芯片的制作，环氧处理等 ) 焊接焊接 退火退火 可以根据可以根据它它们的已知位置来确定有效单元和无效单元的其它应用们的已知位置来确定有效单元和无效单元的其它应用Basic Structural Basic Structural Basic Structural Basic Structural Basic Str

6、uctural Basic Structural NonlinearitiesNonlinearitiesNonlinearitiesNonlinearitiesNonlinearitiesNonlinearities 5.7 5.7 5.7 5.7 5.7 5.7Training ManualJanuary 30, 2001Inventory #00145110-5单元在一个载荷步中的第一个子步既被杀死或被激活，然后在整单元在一个载荷步中的第一个子步既被杀死或被激活，然后在整个载荷步中保持该状态。个载荷步中保持该状态。杀死的单元实际上并没有被移走，它们只是变得无效而已。杀死的单元实际上并没有

7、被移走，它们只是变得无效而已。 被杀死单元的刚度被乘以一个很小的缩减因子。被杀死单元的刚度被乘以一个很小的缩减因子。 在载荷矢量中在载荷矢量中,和死亡单元相联系的单元载荷和死亡单元相联系的单元载荷(如压力与温度如压力与温度)为零。为零。 类似地，类似地， 死亡单元的质量、阻尼和应力刚化效果被设置为死亡单元的质量、阻尼和应力刚化效果被设置为 零。零。 当单元被杀死时，单元的应变亦被设置为零当单元被杀死时，单元的应变亦被设置为零(可以利用这一特可以利用这一特征来模拟退火征来模拟退火)。Basic Structural Basic Structural Basic Structural Basic

8、Structural Basic Structural Basic Structural NonlinearitiesNonlinearitiesNonlinearitiesNonlinearitiesNonlinearitiesNonlinearities 5.7 5.7 5.7 5.7 5.7 5.7Training ManualJanuary 30, 2001Inventory #00145110-6出生单元也不是被真正加入模型中，它们只不过重新被激活了而出生单元也不是被真正加入模型中，它们只不过重新被激活了而已。已。 所有单元，包括在分析的后一阶段产生的单元，都必须在前所有单元，包括在

9、分析的后一阶段产生的单元，都必须在前处理阶段就被生成。处理阶段就被生成。 单元被重新激活时，它们的刚度、质量、阻尼及单元载荷都单元被重新激活时，它们的刚度、质量、阻尼及单元载荷都恢复原值。恢复原值。 被激活的单元无应变历史记录被激活的单元无应变历史记录(它们被生与死操作它们被生与死操作“退火退火”了了,被激活时它们的应力与应变均为零被激活时它们的应力与应变均为零)。Basic Structural Basic Structural Basic Structural Basic Structural Basic Structural Basic Structural Nonlinearities

10、NonlinearitiesNonlinearitiesNonlinearitiesNonlinearitiesNonlinearities 5.7 5.7 5.7 5.7 5.7 5.7Training ManualJanuary 30, 2001Inventory #00145110-7和其它分析时一样，单元生与死的使用也包括三个主要步骤：和其它分析时一样，单元生与死的使用也包括三个主要步骤： 建模建模 加载并求解加载并求解 查看结果查看结果Basic Structural Basic Structural Basic Structural Basic Structural Basic S

11、tructural Basic Structural NonlinearitiesNonlinearitiesNonlinearitiesNonlinearitiesNonlinearitiesNonlinearities 5.7 5.7 5.7 5.7 5.7 5.7Training ManualJanuary 30, 2001Inventory #00145110-8当在前处理器当在前处理器( (PREP7)PREP7)中建模时，应在分析开始就创建所有单元中建模时，应在分析开始就创建所有单元甚至一些到载荷结束也不会被激活的单元。甚至一些到载荷结束也不会被激活的单元。并非所有单元都支持生与死

12、的操作，只能杀死或激活那些具有生并非所有单元都支持生与死的操作，只能杀死或激活那些具有生死能力的单元。请参考死能力的单元。请参考ANSYSANSYS高级分析技术手册高级分析技术手册，那里列出了所，那里列出了所有支持生死操作的单元类型。有支持生死操作的单元类型。Basic Structural Basic Structural Basic Structural Basic Structural Basic Structural Basic Structural NonlinearitiesNonlinearitiesNonlinearitiesNonlinearitiesNonlineariti

13、esNonlinearities 5.7 5.7 5.7 5.7 5.7 5.7Training ManualJanuary 30, 2001Inventory #00145110-9单元的生与死载荷步选项可以在既定的载荷步杀死或激活单元。单元的生与死载荷步选项可以在既定的载荷步杀死或激活单元。推荐使用的分析选项：推荐使用的分析选项： 打开几何非线性打开几何非线性 ( (NLGEOM,ON)NLGEOM,ON)，激活大变形效果。激活大变形效果。 单元生与死不能单元生与死不能使用缺省使用缺省的的 Newton-Newton-RaphsonRaphson 选项，使用完全选项，使用完全Newton-

14、Newton-RaphsonRaphson选项。选项。Basic Structural Basic Structural Basic Structural Basic Structural Basic Structural Basic Structural NonlinearitiesNonlinearitiesNonlinearitiesNonlinearitiesNonlinearitiesNonlinearities 5.7 5.7 5.7 5.7 5.7 5.7Training ManualJanuary 30, 2001Inventory #00145110-10在一个载荷步内杀死和

15、激活单元可用以下菜单路径进行在一个载荷步内杀死和激活单元可用以下菜单路径进行:Solution Load Step Opts Other Birth & Death 注意注意: 在以后的载荷步中在以后的载荷步中“ 增加增加” 的单的单元，在第一个载荷步中就应被杀死。元，在第一个载荷步中就应被杀死。单元生与死选项单元生与死选项Basic Structural Basic Structural Basic Structural Basic Structural Basic Structural Basic Structural NonlinearitiesNonlinearitiesNon

16、linearitiesNonlinearitiesNonlinearitiesNonlinearities 5.7 5.7 5.7 5.7 5.7 5.7Training ManualJanuary 30, 2001Inventory #00145110-11如果默认的刚度缩减因子如果默认的刚度缩减因子1.0E-61.0E-6不适于你的分析不适于你的分析，也可以自己设定，也可以自己设定其值（通常更小）其值（通常更小）:Solution Load Step Opts Other Birth & Death Stiffness Multiplier Basic Structural Bas

17、ic Structural Basic Structural Basic Structural Basic Structural Basic Structural NonlinearitiesNonlinearitiesNonlinearitiesNonlinearitiesNonlinearitiesNonlinearities 5.7 5.7 5.7 5.7 5.7 5.7Training ManualJanuary 30, 2001Inventory #00145110-12不与任何单元连接的节点会发生不与任何单元连接的节点会发生“ 漂移漂移” 。在某些情况下，可。在某些情况下，可能想约

18、束不被激活的自由度，以减少要求解的方程数目或避免出能想约束不被激活的自由度，以减少要求解的方程数目或避免出现病态条件。现病态条件。单元被激活时，如果想维持其一定的形状，那么约束不被激活的单元被激活时，如果想维持其一定的形状，那么约束不被激活的自由度是很重要的。但在重新激活单元时一定要删除这些人为约自由度是很重要的。但在重新激活单元时一定要删除这些人为约束。束。注意，注意，约束方程约束方程 ( (CE CE 或或 CEINTF) CEINTF)不能用于不被激活的自由度不能用于不被激活的自由度。Basic Structural Basic Structural Basic Structural B

19、asic Structural Basic Structural Basic Structural NonlinearitiesNonlinearitiesNonlinearitiesNonlinearitiesNonlinearitiesNonlinearities 5.7 5.7 5.7 5.7 5.7 5.7Training ManualJanuary 30, 2001Inventory #00145110-13对于死亡单元载荷矢量中的单元载荷是自动置零的，而对激活单对于死亡单元载荷矢量中的单元载荷是自动置零的，而对激活单元则自动恢复，质量矩阵中的质量也被置为零（加速度载荷对死元则自动恢

20、复，质量矩阵中的质量也被置为零（加速度载荷对死亡单元无影响）。亡单元无影响）。集中力不能从不被激活的自由度上自动删除集中力不能从不被激活的自由度上自动删除 (比如那些不与任何比如那些不与任何活的单元连接的节点活的单元连接的节点)。务必删除死节点上的集中载荷。务必删除死节点上的集中载荷。Basic Structural Basic Structural Basic Structural Basic Structural Basic Structural Basic Structural NonlinearitiesNonlinearitiesNonlinearitiesNonlinearitie

21、sNonlinearitiesNonlinearities 5.7 5.7 5.7 5.7 5.7 5.7Training ManualJanuary 30, 2001Inventory #00145110-14关于关于 LSWRITE LSWRITE 和和 LSSOLVELSSOLVE的注释的注释LSWRITE LSWRITE 命令不能同单元生和死选项一起使用，需要采用一系列命令不能同单元生和死选项一起使用，需要采用一系列显式显式SOLVESOLVE命令进行多载荷步求解命令进行多载荷步求解。Basic Structural Basic Structural Basic Structural

22、Basic Structural Basic Structural Basic Structural NonlinearitiesNonlinearitiesNonlinearitiesNonlinearitiesNonlinearitiesNonlinearities 5.7 5.7 5.7 5.7 5.7 5.7Training ManualJanuary 30, 2001Inventory #00145110-15NLGEOM,ON! 打开大变形效果打开大变形效果NROPT,FULL! 必须明确设定牛顿必须明确设定牛顿-拉普森选项拉普森选项ESTIF,! 设定非缺省缩减因子设定非缺省缩减

23、因子 (可选可选)ESEL,! 选择在本载荷步中将杀死的单元选择在本载荷步中将杀死的单元EKILL,! 杀死选择的单元杀死选择的单元ESEL,S,LIVE! 选择所有活单元选择所有活单元NSLE,S! 选择所有活节点选择所有活节点NSEL,INVE! 选择所有非活节点选择所有非活节点D,ALL,ALL,0! 约束所有约束所有非非活的节点自由度活的节点自由度 (可选可选)NSEL,ALL! 选择所有节点选择所有节点ESEL,ALL! 选择所有单元选择所有单元D,! 施加合适的约束施加合适的约束F,! 施加合适的活动节点自由度载荷施加合适的活动节点自由度载荷SAVE! 存储数据库存储数据库SOLV

24、E! 求解求解Basic Structural Basic Structural Basic Structural Basic Structural Basic Structural Basic Structural NonlinearitiesNonlinearitiesNonlinearitiesNonlinearitiesNonlinearitiesNonlinearities 5.7 5.7 5.7 5.7 5.7 5.7Training ManualJanuary 30, 2001Inventory #00145110-16如果需要保持死亡单元的应变记录，可以通过在求解器中改变材如果

25、需要保持死亡单元的应变记录，可以通过在求解器中改变材料属性来杀死单元：料属性来杀死单元：Solution Load Step Opts Other Change Mat Props 然而，这一操作不能删除单元集中力、应变、质量、比热等。如然而，这一操作不能删除单元集中力、应变、质量、比热等。如果在求解器中改变材料属性不当，则会导致收敛问题。例如如果果在求解器中改变材料属性不当，则会导致收敛问题。例如如果一个单元的刚度被缩减为零，而保留其质量，那么在加速度载荷一个单元的刚度被缩减为零，而保留其质量，那么在加速度载荷的问题中将产生奇异性。的问题中将产生奇异性。Basic Structural Ba

26、sic Structural Basic Structural Basic Structural Basic Structural Basic Structural NonlinearitiesNonlinearitiesNonlinearitiesNonlinearitiesNonlinearitiesNonlinearities 5.7 5.7 5.7 5.7 5.7 5.7Training ManualJanuary 30, 2001Inventory #00145110-17对于大多数部件来说，用户在对包含生和死的单元进行后处理操对于大多数部件来说，用户在对包含生和死的单元进行后处理操

27、作时应按照标准的过程来做。作时应按照标准的过程来做。应注意应注意“ 死死”单元仍在模型中，并包括在单元显示及输出列表中单元仍在模型中，并包括在单元显示及输出列表中等等。可以使用选择操作来从单元显示及其它后处理操作中移走等等。可以使用选择操作来从单元显示及其它后处理操作中移走死单元。死单元。如果要对不同的载荷步作后处理，一定要先确信数据库中存有和如果要对不同的载荷步作后处理，一定要先确信数据库中存有和该载荷步生死状态相匹配的所有单元的生死状态该载荷步生死状态相匹配的所有单元的生死状态 (对于改变生死对于改变生死状态的每一载荷步应作一数据库副本状态的每一载荷步应作一数据库副本)。Basic Str

28、uctural Basic Structural Basic Structural Basic Structural Basic Structural Basic Structural NonlinearitiesNonlinearitiesNonlinearitiesNonlinearitiesNonlinearitiesNonlinearities 5.7 5.7 5.7 5.7 5.7 5.7Training ManualJanuary 30, 2001Inventory #00145110-18一些问题中必须依据计算结果激活或杀死单元。例如要在一个热一些问题中必须依据计算结果激活或杀死

29、单元。例如要在一个热分析中杀死熔融单元，就必须根据计算出的温度确定这些单元。分析中杀死熔融单元，就必须根据计算出的温度确定这些单元。通过把结果存储到单元列表中并从中选择关键单元，通过把结果存储到单元列表中并从中选择关键单元，从而来确定从而来确定这些单元。然后杀死关键单元并重新进行求解，这些单元。然后杀死关键单元并重新进行求解，详情请参见详情请参见ANSYSANSYS高级技术分析手册高级技术分析手册。Basic Structural Basic Structural Basic Structural Basic Structural Basic Structural Basic Structur

30、al NonlinearitiesNonlinearitiesNonlinearitiesNonlinearitiesNonlinearitiesNonlinearities 5.7 5.7 5.7 5.7 5.7 5.7Training ManualJanuary 30, 2001Inventory #00145110-19基于结果杀死单元的命令流输入实例基于结果杀死单元的命令流输入实例! 以前求解过程以前求解过程/POST1! 进入进入 POST1SET,! 读入结果读入结果ETABLE,! 将标准存入将标准存入 ETABLEESEL,S,! 根据根据 ETABLE 项选择单元项选择单元F

31、INISH!/SOLU! 重新进入重新进入 SOLUTIONANTYPE,REST! 重新求解重新求解EKILL,ALL! 杀死选择的单元杀死选择的单元ESEL,ALL! 恢复全部单元设置恢复全部单元设置. ! 继续求解继续求解Basic Structural Basic Structural Basic Structural Basic Structural Basic Structural Basic Structural NonlinearitiesNonlinearitiesNonlinearitiesNonlinearitiesNonlinearitiesNonlinearities 5.7 5.7 5.7 5.7 5.7 5.7Training ManualJanuary 30, 2001Inventory #00145110-20杀死或激活单元会导致模型刚度的突变，甚至还会导致收敛困杀死或激活单元会导致模型刚度的突