ANSYS高效率建模方法单元种类

......高效率建模方法-单元种类常用单元的形状点(质量)线(弹簧，梁，杆，间隙)面(薄壳,二维实体,轴对称实体)线性二次体(三维实体)线性二次................................高效率建模方法-单元种类(续)在单元手册(资料或在线帮助)中，ANSYS单元库有100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。具体单元名称单元图示ANSYS单元名称单元特性(类别,编号)准则高效率建模方法-单元种类(续)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。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。高效率建模方法-单元种类(续)主要单元类型举例

线单元: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。Spar(杆)单元是用于弹簧，螺杆，预应力螺杆和薄膜桁架等模型。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。高效率建模方法-单元种类(续)主要单元类型举例

壳单元: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。准则高效率建模方法-单元种类(续)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、和/或者谐结构特性。

平面应力或应变:OKNJMPLIIJK,L,OPNMTriangularOptionY(orAxial)X(orRadial)高效率建模方法-单元种类(续)主要单元类型举例平面应力

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。高效率建模方法-单元种类(续)主要单元类型举例平面应变

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。高效率建模方法-单元种类(续)主要单元类型举例轴对称

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(hoop)。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）。Hoop高效率建模方法-单元种类(续)主要单元类型举例谐单元

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。这种简化处理本身不具有任何近似性！单元坐标系(显示的是

KEYOPT(1)=0情形)OKJMPLIIJK,L,OPNMTriangularOptionyxNY(Axial)X(Radial)高效率建模方法-单元种类(续)主要单元类型举例谐单元

-举例：

假定一承受剪力，弯矩，和/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。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。MVT高效率建模方法-单元种类(续)主要单元类型举例

三维实体单元: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。四面体模型使用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。KRLQOPMNJIXYZTetrahedronmeshBrickmesh高效率建模方法-单元种类(续)主要单元类型举例

专用单元: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。做好接触分析要求有这方面的知识和经验。JIGAPMorM/2CXYZFSLIDEK1K2MorM/2高效率建模方法-单元种类(续)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、四边形或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。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。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。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，自动各位置上分析应当采用的阶数。高效率建模方法-单元种类(续)其它可供选择的单元类型 其它...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)。高效率建模方法-单元种类(续)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。高效率建模方法-单元种类(续)其它可供选择的单元类型线性单元/二次单元/

p单元(续):再进行单元选择时应考虑的其它因素。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。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。你可能更喜欢使用线性(平)壳单元。高度扭曲的二次情形(非平行对边)高效率建模方法-单元种类(续)其它可供选择的单元类型线性单元/二次单元/

p单元(续):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)。高效率建模方法-单元种类(续)其它可供选择的单元类型线性单元/二次单元/

p单元(续):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高效芬率建番模方凡法伯-珠单元朝种类(续)其它冲可供散选择饺的单叼元类事型线性扇单元拘/辜二叉次单灿元凝/p单元(续)享:采用竭越来阶越高姓阶的育单元湿，给满曲线艳结构范划分仓越来筐越稀屠疏的授单元抱网格而，AN闻SY碧S开始务向你极发出座警告灭，甚群至发薄出由话于单斧元扭霞曲变嚷形超塔过单市元允户许范债围而理引起事网格逝划分角失败拌的信滴息。晒其原秧因是拣，由于鼓模型端表面感单元翼的弯贴曲程聚度过秃大，材使部它分中情节点帖偏离看了自貌身位记置，最终痕决定季了你异能划疫分单陡元网摄格的谢稀疏蒸程度。同其街它软阔件一币样，AN妖SY巧S程序百允许互用更炎高阶腹的直惜边单暑元划尝分网样格(降低名了实码际几围何模典型的陶精度，特别慕是对弟于p单元健而言机，通卖常极聋不理粘想)，也允亲许用像不带须中节供点的雅更高让阶单眉元划塘分单鹅元网足格(即降辈低了凑几何息模型慰的精嫁度，恋又降认低了推单元抱精度数，所岗以在厚通常眉情况之下更征不理贞想)昆。所胶以，蚂一般戒建议挠采用率尽可深能稀缠疏的生单元新网格膜，而盼又不退至于栗出现讲形状闭检查刘警告。高效费率建塔模方堤法金-偏单元琴种类(续)其它响可供吸选择倒的单厘元类精型线性示单元结/膝二良次单脱元厨/p单元(续)哀:你不丛能将夹接触斗单元镰同具勾有中脸节点欢的单算元连阵起来(仅对京于节却点-勺节点腔和节踏点-浸面接奋触单梯元而掉言--对于哥面-奴面接战触单诵元则叮是允龄许的)。类似喷地，缠在热酒分析抱问题脂中，你不暑能将闻辐射li撇nk单元绑或者意非线屠性对助流表酒面添名加到决具有鹊中节逗点的撤单元钥上。(AN蛇SY秃S提供粘了多混种划姿分必善须忽赌略中锯节点医的单渡元网医格的颤方法)。(不建议)(建议)在非相线性羡材料宰特性冰区域途内，格二次甚单元撇并不协比线刘性单衰元更耽有效蹄。高效年率建丹模方逝法汗-监单元仆种类(续)其它凶可供统选择昨的单剪元类匙型四边荣形单涝元漠/精三角绣形单躬元，蛮块单滋元咏/律四面悼体单被元:针对美平面逗或者狐三维优壳体位分析税模型琴而言花，四乞边形烤单元稼和三偷角形默单元权是有呆差别愈的，地下表荷列出圾了这淹些差剃异。高效偶率建垂模方疤法专-蝇单元绩种类(续)其它姐可供驶选择敲的单胁元类秧型四边史形单素元屈/竞三角吉形单赠元，疑块单甩元哲/占四面箱体单俘元(续)墙:全部巴采用任三角软形单胀元网久格的顺理由披是相科当少消的。宜给面袜进行搅单元吩网格以划分家的实粘质问商题是接，你扒是否宇允许酒模型岔中存迅在一都些三刑角形湾单元湖网格顺。实雹际上薄，各驰处存住在三傻角形正单元撕会相脂当麻耐烦，太但是展应当贱仔细袄思考劲下列拾问题:如果智采用消更高唇阶单孔元，梅三角傻形单庆元的锹计算农精度矛接近僻于二畜次单凑元。属所以多，全活部采屈用二盒次单纳元网阴格也烦是没尊有什莲么理踏由的刮。如果司你采端用线害性单全元，彻三角南形单溜元就戴十分牌糟糕-但是阵，不玻这样恋会使卵四边群形单涌元网丛格扭说曲。庄除了宰多数监不重日要的完结构冈外，至任何球四边俩形单启元网孝格(结构缸的或咏者非桶结构亦的)不得判不包耀含部足分形随状糟甲糕的赛三角巡寿形单遗元网乞格。所以市，还筝是没拿有理星由全宇部采沫用四搅边形蚂单元。高效丢率建写模方球法传-爽单元论种类(续)其它蹄可供量选择度的单壶元类争型四边滩形单优元换/魔三角止形单惩元，扣块单棵元寇/傻四面颤体单找元(续)渣:对三父维实借体分腹析模陶型而葬言，翼块单多元和蚂四面该体单抗元是员有差按别的遥，下永表列只出了泼这些休差异绕。高效驳率建自模方问法辩-借单元暮种类(续)其它量可供粒选择偷的单倒元类想型四边聪形单搬元取/堂三角聪形单雅元，蜻块单甚元舒/怒四面丈体单显元(续)喜:建立更三维肿实体范模型狗需要畏作出但下列议选择：使用粒四面冶体单苦元划化分网监格采用罪简便返方法困建立愉实体陡模型。选用扫二次冈单元家或者p单元龄。或姿者使用个块单筋元划掌分单朴元网勇格选用钱块单聪元网跨格建戒立实槽体模老型。通常狠需要欺花费呼更多窑时间稼和精乏力。划分拉子区拼域连接辆处理延伸采用婶任何瓶块单强元。高效占率建刺模方筐法左-餐单元网种类(续)其它撕可供土选择务的单棉元类宿型四边熄形单卸元吧/脉三角厨形单庸元，傅块单召元绵/鼓四面想体单商元(续)跪:为什辉么使构用四玻面体粪单元爽划分暴单元党网格生会有鸟这么傻大的讽困难您呢？过去乎，有辰限元斩模型寒全部宁采用雅线性挺四面应体单剪元网虑格(我们僻已经评讲过佣这种抱模型型十分“粗糙”)。现在纷，使蒜用二万次单懂元和p单元兴的有抵限元酿模型界变得刺相当笨理想拨了。四面葬体单复元模寺型的秆自由致度几柴乎是革同等在精度炮的块肤单元耳单元丹模型阵的3银到1湖0倍度。迄忧今求竞解器孕技术反取得穗了很宇大突斥破，板大多舞数分绞析者旧还是界没有吧高性归能的央计算锣机来妨求解粉无关尘紧要懒的四抖面体顷单元猫模型。块单誉元网桶格:12群5个单逼元21井6个节涌