ANSYS單元選擇學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1ANSYS單元單元(dnyun)選擇選擇第一頁(yè)，共15頁(yè)。二維實(shí)體單元二維實(shí)體單元: :用于模擬實(shí)體的橫截面用于模擬實(shí)體的橫截面必須必須(bx)(bx)在總體笛卡爾坐標(biāo)系的在總體笛卡爾坐標(biāo)系的X XY Y平面內(nèi)建平面內(nèi)建模模所有載荷都在所有載荷都在X XY Y平面上，響應(yīng)（位移）也在平面上，響應(yīng)（位移）也在X XY Y平面平面單元的可以有下列特性單元的可以有下列特性: :平面應(yīng)力平面應(yīng)力平面應(yīng)變平面應(yīng)變軸對(duì)稱軸對(duì)稱軸對(duì)稱簡(jiǎn)諧軸對(duì)稱簡(jiǎn)諧Y X Z 第2頁(yè)/共15頁(yè)第1頁(yè)/共15頁(yè)第二頁(yè)，共15頁(yè)。平面應(yīng)力平面應(yīng)力 假定在假定在Z方向的應(yīng)力為零方向的應(yīng)力為零有效的組成為有效的組成為Z方向比

2、方向比X及及Y方向的尺寸小得多方向的尺寸小得多Z向應(yīng)變非零向應(yīng)變非零允許任意厚度允許任意厚度(Z向向)用于諸如承受用于諸如承受(chngshu)面內(nèi)載荷的平板面內(nèi)載荷的平板 或承受或承受(chngshu)壓力或離心載荷的薄盤(pán)壓力或離心載荷的薄盤(pán)Y X Z 第3頁(yè)/共15頁(yè)第2頁(yè)/共15頁(yè)第三頁(yè)，共15頁(yè)。平面應(yīng)變平面應(yīng)變 假定假定Z方向方向(fngxing)為零應(yīng)變?yōu)榱銘?yīng)變用于用于Z向尺寸遠(yuǎn)大于向尺寸遠(yuǎn)大于X及及Y向尺寸的情況向尺寸的情況Z向應(yīng)力非零向應(yīng)力非零用于長(zhǎng)、諸如結(jié)構(gòu)梁等截面形狀不變的結(jié)構(gòu)用于長(zhǎng)、諸如結(jié)構(gòu)梁等截面形狀不變的結(jié)構(gòu)Y X Z 第4頁(yè)/共15頁(yè)第3頁(yè)/共15頁(yè)第四頁(yè)，共15頁(yè)

3、。軸對(duì)稱軸對(duì)稱 假定三維結(jié)構(gòu)及其載荷可由假定三維結(jié)構(gòu)及其載荷可由2維截面通過(guò)沿維截面通過(guò)沿Y軸旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)360 得到得到對(duì)稱軸必須與總體對(duì)稱軸必須與總體Y軸重合軸重合負(fù)的負(fù)的X 坐標(biāo)不允許坐標(biāo)不允許Y 方向方向(fngxing)為軸，為軸，X方向方向(fngxing)為徑向，為徑向，Z方向方向(fngxing)為周向（環(huán)向）為周向（環(huán)向）環(huán)向位移為零；環(huán)向應(yīng)變和應(yīng)力通常十分顯著環(huán)向位移為零；環(huán)向應(yīng)變和應(yīng)力通常十分顯著用于壓力容器、直管、軸等用于壓力容器、直管、軸等第5頁(yè)/共15頁(yè)第4頁(yè)/共15頁(yè)第五頁(yè)，共15頁(yè)。三維實(shí)體單元三維實(shí)體單元:用于幾何模型、材料、載荷或要求的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)用于幾何模型、材

4、料、載荷或要求的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)不能用簡(jiǎn)化形式不能用簡(jiǎn)化形式(xngsh)的單元模擬的情況。的單元模擬的情況。還用于幾何模型由三維還用于幾何模型由三維CAD系統(tǒng)輸入的情況，系統(tǒng)輸入的情況，如果轉(zhuǎn)化為二維或殼單元形式如果轉(zhuǎn)化為二維或殼單元形式(xngsh)需要大需要大量時(shí)間和精力。量時(shí)間和精力。第6頁(yè)/共15頁(yè)第5頁(yè)/共15頁(yè)第六頁(yè)，共15頁(yè)。單元階次單元階次單元階次指單元形函數(shù)多項(xiàng)式的階次單元階次指單元形函數(shù)多項(xiàng)式的階次何為形函數(shù)何為形函數(shù)?給出單元結(jié)果形狀的數(shù)學(xué)函數(shù)。因?yàn)橛邢拊蠼馄鹘o出單元結(jié)果形狀的數(shù)學(xué)函數(shù)。因?yàn)橛邢拊蠼馄髦唤獬龉?jié)點(diǎn)的自由度值，需要形函數(shù)將節(jié)點(diǎn)自只解出節(jié)點(diǎn)的自由度值，需要形函數(shù)將

5、節(jié)點(diǎn)自由度值映射到單元內(nèi)的點(diǎn)上。由度值映射到單元內(nèi)的點(diǎn)上。形函數(shù)代表給定單元的假定的表現(xiàn)形函數(shù)代表給定單元的假定的表現(xiàn)每個(gè)假定的單元形函數(shù)與真實(shí)情況的匹配每個(gè)假定的單元形函數(shù)與真實(shí)情況的匹配(ppi)程程度直接影響求解精度度直接影響求解精度第7頁(yè)/共15頁(yè)第6頁(yè)/共15頁(yè)第七頁(yè)，共15頁(yè)。自由度值二次分布自由度值二次分布實(shí)際為二次曲線實(shí)際為二次曲線線性近似線性近似(較差的結(jié)果較差的結(jié)果)二階近似二階近似 (最好的結(jié)果最好的結(jié)果)用多個(gè)單元的線性近似用多個(gè)單元的線性近似(好結(jié)果好結(jié)果)第8頁(yè)/共15頁(yè)第7頁(yè)/共15頁(yè)第八頁(yè)，共15頁(yè)。線單元線單元只支持線性變化的位移只支持線性變化的位移因此一個(gè)單

6、元內(nèi)為常因此一個(gè)單元內(nèi)為常應(yīng)力應(yīng)力對(duì)單元扭曲高度對(duì)單元扭曲高度(god)敏感敏感如果僅對(duì)名義應(yīng)力結(jié)果如果僅對(duì)名義應(yīng)力結(jié)果感興趣則可接受感興趣則可接受對(duì)高應(yīng)力梯度區(qū)需要大對(duì)高應(yīng)力梯度區(qū)需要大量單元量單元二次單元二次單元支持二次變化的位移及在一個(gè)單元內(nèi)線性變化的應(yīng)力支持二次變化的位移及在一個(gè)單元內(nèi)線性變化的應(yīng)力能代表曲邊邊界及曲面，比線性單元更為準(zhǔn)確。對(duì)單元的扭曲不太敏感能代表曲邊邊界及曲面，比線性單元更為準(zhǔn)確。對(duì)單元的扭曲不太敏感對(duì)高精度應(yīng)力感興趣的情況建議對(duì)高精度應(yīng)力感興趣的情況建議(jiny)采用采用比線性單元給出的結(jié)果更好，多數(shù)情況下用更少的單元及總的自由度即可達(dá)到比線性單元給出的結(jié)果更好

7、，多數(shù)情況下用更少的單元及總的自由度即可達(dá)到第9頁(yè)/共15頁(yè)第8頁(yè)/共15頁(yè)第九頁(yè)，共15頁(yè)。注意注意:對(duì)殼單元，線性單元及二次單元的差別不如對(duì)殼單元，線性單元及二次單元的差別不如(br)實(shí)體單元顯著，因此通常優(yōu)先采用線性實(shí)體單元顯著，因此通常優(yōu)先采用線性殼單元?dú)卧司€性及二次單元，第三種單元為除了線性及二次單元，第三種單元為P單元。單元。P單元支持單個(gè)單元內(nèi)二到八階變化的位移，包單元支持單個(gè)單元內(nèi)二到八階變化的位移，包括自動(dòng)求解收斂控制。括自動(dòng)求解收斂控制。第10頁(yè)/共15頁(yè)第9頁(yè)/共15頁(yè)第十頁(yè)，共15頁(yè)。網(wǎng)格密度網(wǎng)格密度有限元的基本假定為單元數(shù)目（網(wǎng)格密度）增加有限元的基本假定為單元

8、數(shù)目（網(wǎng)格密度）增加，求解越接近真實(shí)解。，求解越接近真實(shí)解。然而，求解時(shí)間和計(jì)算機(jī)資源隨單元數(shù)目的增加然而，求解時(shí)間和計(jì)算機(jī)資源隨單元數(shù)目的增加會(huì)急劇增加。會(huì)急劇增加。分析分析(fnx)的目標(biāo)通常為下面滑塊移到什么位置的目標(biāo)通常為下面滑塊移到什么位置第11頁(yè)/共15頁(yè)第10頁(yè)/共15頁(yè)第十一頁(yè)，共15頁(yè)。對(duì)高精度應(yīng)力感興趣：對(duì)高精度應(yīng)力感興趣：需要細(xì)致的網(wǎng)格，任何需要高精度的部位都不應(yīng)該需要細(xì)致的網(wǎng)格，任何需要高精度的部位都不應(yīng)該(ynggi)忽略幾何細(xì)節(jié)忽略幾何細(xì)節(jié)應(yīng)該應(yīng)該(ynggi)論證應(yīng)力集中論證應(yīng)力集中模型中的任何位置處的任何簡(jiǎn)化都會(huì)引起顯著的錯(cuò)誤模型中的任何位置處的任何簡(jiǎn)化都會(huì)引起

9、顯著的錯(cuò)誤對(duì)變形或名義應(yīng)力感興趣對(duì)變形或名義應(yīng)力感興趣:相對(duì)粗糙的網(wǎng)格已經(jīng)足夠相對(duì)粗糙的網(wǎng)格已經(jīng)足夠小的幾何模型細(xì)節(jié)可以忽略小的幾何模型細(xì)節(jié)可以忽略第12頁(yè)/共15頁(yè)第11頁(yè)/共15頁(yè)第十二頁(yè)，共15頁(yè)。對(duì)模態(tài)振型對(duì)模態(tài)振型(模態(tài)分析模態(tài)分析):小的細(xì)節(jié)通?？梢院雎孕〉募?xì)節(jié)通常可以忽略用相對(duì)粗糙的網(wǎng)格即可以捕捉到簡(jiǎn)單的模態(tài)形狀用相對(duì)粗糙的網(wǎng)格即可以捕捉到簡(jiǎn)單的模態(tài)形狀復(fù)模態(tài)形狀要求一個(gè)均勻中等密度的網(wǎng)格復(fù)模態(tài)形狀要求一個(gè)均勻中等密度的網(wǎng)格熱分析熱分析:小的細(xì)節(jié)可以忽略，但由于熱分析之后通常是應(yīng)力分析，所以要根據(jù)應(yīng)力的考慮確定小的細(xì)節(jié)可以忽略，但由于熱分析之后通常是應(yīng)力分析，所以要根據(jù)應(yīng)力的考慮

10、確定網(wǎng)格密度通常由預(yù)期的熱梯度網(wǎng)格密度通常由預(yù)期的熱梯度(t d)確定。高熱梯度確定。高熱梯度(t d)要求較細(xì)的網(wǎng)格，對(duì)較小的梯度要求較細(xì)的網(wǎng)格，對(duì)較小的梯度(t d)用粗糙的網(wǎng)格也足夠了用粗糙的網(wǎng)格也足夠了第13頁(yè)/共15頁(yè)第12頁(yè)/共15頁(yè)第十三頁(yè)，共15頁(yè)。結(jié)構(gòu)分析常用結(jié)構(gòu)分析常用(chn yn)單元類型單元類型:實(shí)體實(shí)體 SOLID45 SOLID92 SOLID95 SOLID185殼殼 SHELL63 SHELL181梁梁 BEAM4 BEAM188 BEAM189質(zhì)量質(zhì)量 MASS21桿桿 LINK10 LINK11管管 PIPE16 PIPE17 PIPE18 PIPE20 PIPE59 PIPE60表面效應(yīng)表面效