第二講單元與材料類(lèi)型

1、LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYSLECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS通用有限元程序ANSYS及其應(yīng)用1 碩士研究生學(xué)位課程講義（碩士研究生學(xué)位課程講義（2014）第第1章章ANSYS與結(jié)構(gòu)分析與結(jié)構(gòu)分析1.1 ANSYS功能與軟件結(jié)構(gòu)功能與軟件結(jié)構(gòu)1.2 結(jié)構(gòu)分析單元功能與特性結(jié)構(gòu)分析單元功能與特性1.3 結(jié)構(gòu)分析材料類(lèi)型與特點(diǎn)結(jié)構(gòu)分析材料類(lèi)型與特點(diǎn)1.4 結(jié)構(gòu)分析與結(jié)構(gòu)建模結(jié)構(gòu)分析與結(jié)構(gòu)建模1.5 結(jié)構(gòu)分析的基本過(guò)程結(jié)構(gòu)分析的基本過(guò)程LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYSLECTURE ON INTRODU

2、CTION TO ANSYS通用有限元程序ANSYS及其應(yīng)用21.1ANSYS功能與軟件結(jié)構(gòu)功能與軟件結(jié)構(gòu)1.1.1 1.1.1 處理器處理器LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYSLECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS通用有限元程序ANSYS及其應(yīng)用31.1ANSYS功能與軟件結(jié)構(gòu)功能與軟件結(jié)構(gòu)1.1.21.1.2文件格式文件格式LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYSLECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS通用有限元程序ANSYS及其應(yīng)用41.1ANSYS功能與軟件結(jié)構(gòu)功能與軟件結(jié)構(gòu)1.1.3

3、 1.1.3 輸入方式輸入方式 ANSYS ANSYS的輸入方式常規(guī)可分為菜單方式、命令方式、宏方的輸入方式常規(guī)可分為菜單方式、命令方式、宏方式、函數(shù)方式、文件方式等。從使用角度分為兩大類(lèi)，即式、函數(shù)方式、文件方式等。從使用角度分為兩大類(lèi)，即GUIGUI（Graphical User InterfaceGraphical User Interface）方式和命令流方式）方式和命令流方式。 GUI GUI方式包括菜單、命令、函數(shù)其組合，即通過(guò)點(diǎn)選菜單方式包括菜單、命令、函數(shù)其組合，即通過(guò)點(diǎn)選菜單或輸入單個(gè)命令的方式。菜單方式是用鼠標(biāo)在菜單上進(jìn)行選或輸入單個(gè)命令的方式。菜單方式是用鼠標(biāo)在菜單上進(jìn)行

4、選取，通過(guò)對(duì)話框完成各種操作；命令方式是從命令行輸入命取，通過(guò)對(duì)話框完成各種操作；命令方式是從命令行輸入命令及命令域的值，因令及命令域的值，因ANSYSANSYS提供聯(lián)想式命令提示；函數(shù)方式也提供聯(lián)想式命令提示；函數(shù)方式也是從命令行中輸入，但僅輸入命令本身，其命令域的值將通是從命令行中輸入，但僅輸入命令本身，其命令域的值將通過(guò)對(duì)話框輸入。過(guò)對(duì)話框輸入。GUIGUI方式的特點(diǎn)是簡(jiǎn)單、易學(xué)，但對(duì)于復(fù)雜模方式的特點(diǎn)是簡(jiǎn)單、易學(xué)，但對(duì)于復(fù)雜模型或?qū)嶋H模型的修改等比較麻煩。型或?qū)嶋H模型的修改等比較麻煩。LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYSLECTURE ON INTRODUC

5、TION TO ANSYS通用有限元程序ANSYS及其應(yīng)用51.1ANSYS功能與軟件結(jié)構(gòu)功能與軟件結(jié)構(gòu)1.1.3 1.1.3 輸入方式輸入方式命令流方式是融命令流方式是融GUI 方式、方式、APDL、UPFs、UIDL、MAC，甚至甚至TCL/TK于一個(gè)文本文件中，可通過(guò)于一個(gè)文本文件中，可通過(guò)/input命令（或命令（或Utility MenuFileRead Input From）讀入并執(zhí)行，也）讀入并執(zhí)行，也可通過(guò)拷貝該文件的內(nèi)容粘貼到命令行中執(zhí)行。命令流方式可通過(guò)拷貝該文件的內(nèi)容粘貼到命令行中執(zhí)行。命令流方式可包含上述多種方式，例如僅僅將命令羅列起來(lái)相當(dāng)于命令可包含上述多種方式，例如

6、僅僅將命令羅列起來(lái)相當(dāng)于命令方式，這對(duì)于初學(xué)者而言可能更容易接受。方式，這對(duì)于初學(xué)者而言可能更容易接受。命令流方式的主要優(yōu)點(diǎn)有：命令流方式的主要優(yōu)點(diǎn)有：修改簡(jiǎn)單：不必考慮因操作錯(cuò)誤造成模型的重大損失，也修改簡(jiǎn)單：不必考慮因操作錯(cuò)誤造成模型的重大損失，也不必考慮不必考慮DB文件的重要性而不斷保存；可以隨時(shí)修改參數(shù)文件的重要性而不斷保存；可以隨時(shí)修改參數(shù)進(jìn)而改變幾何模型和有限元模型等，一切都變得那么簡(jiǎn)單和進(jìn)而改變幾何模型和有限元模型等，一切都變得那么簡(jiǎn)單和方便。方便。LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYSLECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS通用

7、有限元程序ANSYS及其應(yīng)用61.1ANSYS功能與軟件結(jié)構(gòu)功能與軟件結(jié)構(gòu)1.1.3 1.1.3 輸入方式輸入方式可使用控制命令：類(lèi)似如可使用控制命令：類(lèi)似如if-then、do等控制命令的使用可等控制命令的使用可大大提高工作效率。大大提高工作效率。可結(jié)合用戶界面處理：可將其它用戶界面相關(guān)的命令融于可結(jié)合用戶界面處理：可將其它用戶界面相關(guān)的命令融于命令流中。命令流中。文件處理更加方便：文件的輸入和輸出可由用戶控制，數(shù)文件處理更加方便：文件的輸入和輸出可由用戶控制，數(shù)據(jù)的處理將極其方便。據(jù)的處理將極其方便。交流和保存方便：命令流文件比較小便于保存，對(duì)于相互交流和保存方便：命令流文件比較小便于保存

8、，對(duì)于相互交流學(xué)習(xí)甚為方便。交流學(xué)習(xí)甚為方便。所以強(qiáng)烈推薦使用命令流方式進(jìn)行操作！所以強(qiáng)烈推薦使用命令流方式進(jìn)行操作！LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYSLECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS通用有限元程序ANSYS及其應(yīng)用71.2ANSYS結(jié)構(gòu)分析單元功能與特性結(jié)構(gòu)分析單元功能與特性LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYSLECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS通用有限元程序ANSYS及其應(yīng)用81.2ANSYS結(jié)構(gòu)分析單元功能與特性結(jié)構(gòu)分析單元功能與特性1.2.1 桿單元桿單元 桿單元適用于

9、模擬桁架、纜索、鏈桿、彈簧等構(gòu)件。桿單元適用于模擬桁架、纜索、鏈桿、彈簧等構(gòu)件。該類(lèi)單元該類(lèi)單元只承受桿軸向的拉壓，不承受彎矩，節(jié)點(diǎn)只有平只承受桿軸向的拉壓，不承受彎矩，節(jié)點(diǎn)只有平動(dòng)自由度動(dòng)自由度。不同的單元具有彈性、塑性、蠕變、膨脹、大。不同的單元具有彈性、塑性、蠕變、膨脹、大轉(zhuǎn)動(dòng)、大撓度（也稱大變形）、大應(yīng)變（也稱有限應(yīng)變）轉(zhuǎn)動(dòng)、大撓度（也稱大變形）、大應(yīng)變（也稱有限應(yīng)變）、應(yīng)力剛化（也稱幾何剛度、初始應(yīng)力剛度等）等功能，、應(yīng)力剛化（也稱幾何剛度、初始應(yīng)力剛度等）等功能，表表1-4是該類(lèi)單元較詳細(xì)的特性。是該類(lèi)單元較詳細(xì)的特性。LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSY

10、SLECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS通用有限元程序ANSYS及其應(yīng)用91.2ANSYS結(jié)構(gòu)分析單元功能與特性結(jié)構(gòu)分析單元功能與特性1.2.1 桿單元桿單元桿單元特性桿單元特性 表表1-4 LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYSLECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS通用有限元程序ANSYS及其應(yīng)用101.2ANSYS結(jié)構(gòu)分析單元功能與特性結(jié)構(gòu)分析單元功能與特性1.2.1 桿單元桿單元E-彈性彈性(Elasticity)，P-塑性塑性(Plasticity)，C-蠕變?nèi)渥?Creep)，S-膨脹膨脹(Swelling

11、)，D-大變形或大撓度大變形或大撓度(Large deflection)，F(xiàn)-大應(yīng)變大應(yīng)變(Large strain)或有限應(yīng)變或有限應(yīng)變(Finite strain)，B-單元生死單元生死(Birth and dead),G-應(yīng)力剛化應(yīng)力剛化(Stress stiffness)或幾何剛度或幾何剛度(Geometric stiffening)，A-自適應(yīng)下降自適應(yīng)下降(Adaptive descent)等。等。LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYSLECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS通用有限元程序ANSYS及其應(yīng)用111.2ANSYS結(jié)構(gòu)分

12、析單元功能與特性結(jié)構(gòu)分析單元功能與特性1.2.1 桿單元桿單元單元使用另外應(yīng)注意的問(wèn)題：?jiǎn)卧褂昧硗鈶?yīng)注意的問(wèn)題：桿單元均為均質(zhì)直桿，面積和長(zhǎng)度不能為零（桿單元均為均質(zhì)直桿，面積和長(zhǎng)度不能為零（LINK11無(wú)無(wú)面積參數(shù)）。僅承受桿端荷載，溫度沿桿元長(zhǎng)線性變化。面積參數(shù)）。僅承受桿端荷載，溫度沿桿元長(zhǎng)線性變化。桿元中的應(yīng)力相同，可考慮初應(yīng)變。桿元中的應(yīng)力相同，可考慮初應(yīng)變。LINK10屬非線性單元，需迭代求解。屬非線性單元，需迭代求解。LINK11可作用線可作用線荷載；僅有集中質(zhì)量方式。荷載；僅有集中質(zhì)量方式。LINK180無(wú)實(shí)常數(shù)型初應(yīng)變，但可輸入初應(yīng)力文件，可無(wú)實(shí)常數(shù)型初應(yīng)變，但可輸入初應(yīng)力

13、文件，可考慮附加質(zhì)量；大變形分析時(shí)，橫截面面積可以是變化的考慮附加質(zhì)量；大變形分析時(shí)，橫截面面積可以是變化的，即可為軸向伸長(zhǎng)的函數(shù)或剛性的。，即可為軸向伸長(zhǎng)的函數(shù)或剛性的。LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYSLECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS通用有限元程序ANSYS及其應(yīng)用121.2ANSYS結(jié)構(gòu)分析單元功能與特性結(jié)構(gòu)分析單元功能與特性1.2.1 桿單元桿單元通常用通常用LINK1和和LINK8模擬桁架結(jié)構(gòu)，如屋架、網(wǎng)架、網(wǎng)模擬桁架結(jié)構(gòu)，如屋架、網(wǎng)架、網(wǎng)殼、桁架橋、桅桿、塔架等結(jié)構(gòu)，以及吊橋的吊桿、拱橋的殼、桁架橋、桅桿、塔架等結(jié)構(gòu)，以

14、及吊橋的吊桿、拱橋的系桿等構(gòu)件，必須注意線性靜力分析時(shí)，結(jié)構(gòu)不能是幾何可系桿等構(gòu)件，必須注意線性靜力分析時(shí)，結(jié)構(gòu)不能是幾何可變的，否則造成位移超限的提示錯(cuò)誤。變的，否則造成位移超限的提示錯(cuò)誤。LINK10可模擬繩索可模擬繩索、地基彈簧、支座等，如斜拉橋的斜拉索、懸索、索網(wǎng)結(jié)構(gòu)、地基彈簧、支座等，如斜拉橋的斜拉索、懸索、索網(wǎng)結(jié)構(gòu)、纜風(fēng)索、彈性地基、橡膠支座等。、纜風(fēng)索、彈性地基、橡膠支座等。LINK180除不具備雙線除不具備雙線性特性性特性(LINK10)外，它均可應(yīng)用于上述結(jié)構(gòu)中，并且其可外，它均可應(yīng)用于上述結(jié)構(gòu)中，并且其可應(yīng)用的非線性性質(zhì)更加廣泛，增加了粘彈塑性材料。應(yīng)用的非線性性質(zhì)更加廣泛

15、，增加了粘彈塑性材料。LINK1、LINK8和和LINK180單元還可用于普通鋼筋和預(yù)應(yīng)單元還可用于普通鋼筋和預(yù)應(yīng)力鋼筋的模擬，其初應(yīng)變可作為施加預(yù)應(yīng)力的方式之一。力鋼筋的模擬，其初應(yīng)變可作為施加預(yù)應(yīng)力的方式之一。LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYSLECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS通用有限元程序ANSYS及其應(yīng)用131.2ANSYS結(jié)構(gòu)分析單元功能與特性結(jié)構(gòu)分析單元功能與特性1.2.2 梁?jiǎn)卧簡(jiǎn)卧?梁?jiǎn)卧譃槎喾N單元，分別具有不同的特性，梁?jiǎn)卧譃槎喾N單元，分別具有不同的特性，是一類(lèi)軸是一類(lèi)軸向拉壓、彎曲、扭轉(zhuǎn)向拉壓、彎曲、扭轉(zhuǎn)(3

16、D)單元單元。該類(lèi)單元有常用的。該類(lèi)單元有常用的2D/3D彈彈性梁元、塑性梁元、漸變不對(duì)稱梁元、性梁元、塑性梁元、漸變不對(duì)稱梁元、3D薄壁梁元及有限薄壁梁元及有限應(yīng)變梁元。此類(lèi)單元除應(yīng)變梁元。此類(lèi)單元除BEAM189實(shí)為實(shí)為3節(jié)點(diǎn)外，其余均為節(jié)點(diǎn)外，其余均為2節(jié)點(diǎn)，但有些輔以另外的節(jié)點(diǎn)決定單元的方向（如表節(jié)點(diǎn)，但有些輔以另外的節(jié)點(diǎn)決定單元的方向（如表1-5中中的節(jié)點(diǎn)數(shù)）。的節(jié)點(diǎn)數(shù)）。LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYSLECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS通用有限元程序ANSYS及其應(yīng)用141.2ANSYS結(jié)構(gòu)分析單元功能與特性結(jié)構(gòu)分析單元

17、功能與特性1.2.2 梁?jiǎn)卧簡(jiǎn)卧肀?-5LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYSLECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS通用有限元程序ANSYS及其應(yīng)用151.2ANSYS結(jié)構(gòu)分析單元功能與特性結(jié)構(gòu)分析單元功能與特性1.2.2 梁?jiǎn)卧簡(jiǎn)卧獑卧褂昧硗鈶?yīng)注意的問(wèn)題：?jiǎn)卧褂昧硗鈶?yīng)注意的問(wèn)題：梁?jiǎn)卧娣e和長(zhǎng)度不能為零，且梁?jiǎn)卧娣e和長(zhǎng)度不能為零，且2D梁元必須位于梁元必須位于XY平面平面內(nèi)。內(nèi)。剪切變形的影響：剪切變形的影響：當(dāng)梁的高度遠(yuǎn)小于跨度時(shí)可忽略剪切變當(dāng)梁的高度遠(yuǎn)小于跨度時(shí)可忽略剪切變形的影響。經(jīng)典梁元基于變形前后垂直于中面的截面變形后

18、形的影響。經(jīng)典梁元基于變形前后垂直于中面的截面變形后仍保持垂直的仍保持垂直的Kirchhoff假定，例如當(dāng)剪切變形系數(shù)為零時(shí)的假定，例如當(dāng)剪切變形系數(shù)為零時(shí)的BEAM3或或BEAM4。但考慮剪切變形的梁彎曲理論中，仍假。但考慮剪切變形的梁彎曲理論中，仍假定原來(lái)垂直于中面的截面變形后仍保持平面，（但不一定垂定原來(lái)垂直于中面的截面變形后仍保持平面，（但不一定垂直），直），ANSYS考慮剪切變形影響采用兩種方法，即在經(jīng)典梁考慮剪切變形影響采用兩種方法，即在經(jīng)典梁元的基礎(chǔ)上引入剪切變形系數(shù)元的基礎(chǔ)上引入剪切變形系數(shù)(BEAM3/4/23/24/44/54)和和Timoshenko梁元梁元(BEAM18

19、8/189)，前者的截面轉(zhuǎn)角由撓度，前者的截面轉(zhuǎn)角由撓度的一次導(dǎo)數(shù)導(dǎo)出，而后者則采用了撓度和截面轉(zhuǎn)角各自獨(dú)立的一次導(dǎo)數(shù)導(dǎo)出，而后者則采用了撓度和截面轉(zhuǎn)角各自獨(dú)立插值，這是兩者的根本區(qū)別。插值，這是兩者的根本區(qū)別。LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYSLECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS通用有限元程序ANSYS及其應(yīng)用161.2ANSYS結(jié)構(gòu)分析單元功能與特性結(jié)構(gòu)分析單元功能與特性1.2.2 梁?jiǎn)卧簡(jiǎn)卧杂啥柔尫牛鹤杂啥柔尫牛毫涸心軌蚶米杂啥柔尫诺膯卧辛涸心軌蚶米杂啥柔尫诺膯卧蠦EAM44單元，通過(guò)單元，通過(guò)keyopt(7)和

20、和keyopt(8)設(shè)定釋放設(shè)定釋放I節(jié)點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)和J 節(jié)點(diǎn)的各個(gè)自由度。而高版本中的節(jié)點(diǎn)的各個(gè)自由度。而高版本中的BEAM188/189也可通也可通過(guò)過(guò)ENDRELEASE命令對(duì)自由度進(jìn)行釋放，如將剛性節(jié)點(diǎn)設(shè)命令對(duì)自由度進(jìn)行釋放，如將剛性節(jié)點(diǎn)設(shè)為球鉸等。為球鉸等。梁截面特性：梁截面特性：能夠采用梁截面特性的有能夠采用梁截面特性的有BEAM44和和BEAM188/189三個(gè)單元。三個(gè)單元。BEAM44截面不變時(shí)才能采用梁截面不變時(shí)才能采用梁截面，在不使用梁截面而輸入實(shí)常數(shù)時(shí)可以采用變截面。截面，在不使用梁截面而輸入實(shí)常數(shù)時(shí)可以采用變截面。BEAM188/189在在V8.0以上版本中可使用變截面的

21、梁截面，以上版本中可使用變截面的梁截面，且可以采用不同材料組成的梁截面，而且可以采用不同材料組成的梁截面，而B(niǎo)EAM44則不可。同則不可。同時(shí)時(shí)BEAM188/189支持約束扭轉(zhuǎn)，通過(guò)激活第七個(gè)自由度使支持約束扭轉(zhuǎn)，通過(guò)激活第七個(gè)自由度使用。用。LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYSLECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS通用有限元程序ANSYS及其應(yīng)用171.2ANSYS結(jié)構(gòu)分析單元功能與特性結(jié)構(gòu)分析單元功能與特性1.2.2 梁?jiǎn)卧簡(jiǎn)卧狟EAM23/24實(shí)常數(shù)的輸入比較復(fù)雜。實(shí)常數(shù)的輸入比較復(fù)雜。BEAM23可輸入矩可輸入矩形截面、薄壁圓管

22、、圓桿和一般截面的幾何尺寸來(lái)定義截面形截面、薄壁圓管、圓桿和一般截面的幾何尺寸來(lái)定義截面。BEAM24則通過(guò)一系列的矩形段來(lái)定義截面。則通過(guò)一系列的矩形段來(lái)定義截面。荷載特性：荷載特性：梁?jiǎn)卧蠖嘀С謫卧玳g分布荷載、集中荷載梁?jiǎn)卧蠖嘀С謫卧玳g分布荷載、集中荷載和節(jié)點(diǎn)荷載。但和節(jié)點(diǎn)荷載。但BEAM188/189不支持跨間集中荷載和跨間不支持跨間集中荷載和跨間部分分布荷載。特別注意的是梁?jiǎn)卧姆植己奢d是施加在單部分分布荷載。特別注意的是梁?jiǎn)卧姆植己奢d是施加在單元上，而不是施加在幾何線上。元上，而不是施加在幾何線上。應(yīng)力計(jì)算：應(yīng)力計(jì)算：對(duì)于輸入實(shí)常數(shù)的梁元，其截面高度僅用于計(jì)對(duì)于輸入實(shí)常數(shù)的

23、梁元，其截面高度僅用于計(jì)算彎曲應(yīng)力和熱應(yīng)力，并且假定其最外層纖維到中性軸的距算彎曲應(yīng)力和熱應(yīng)力，并且假定其最外層纖維到中性軸的距離為梁高的一半。因此關(guān)于水平軸不對(duì)稱的截面，其應(yīng)力計(jì)離為梁高的一半。因此關(guān)于水平軸不對(duì)稱的截面，其應(yīng)力計(jì)算是沒(méi)有意義的。算是沒(méi)有意義的。LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYSLECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS通用有限元程序ANSYS及其應(yīng)用181.2ANSYS結(jié)構(gòu)分析單元功能與特性結(jié)構(gòu)分析單元功能與特性1.2.3 管單元管單元 管單元是一類(lèi)管單元是一類(lèi)軸向拉壓、彎曲和扭轉(zhuǎn)的軸向拉壓、彎曲和扭轉(zhuǎn)的3D單元單元，單元

24、的，單元的每個(gè)節(jié)點(diǎn)均具有每個(gè)節(jié)點(diǎn)均具有6個(gè)自由度，即三個(gè)平動(dòng)自由度個(gè)自由度，即三個(gè)平動(dòng)自由度Ux、Uy、Uz和三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度和三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度Rotx、Roty、Rotz，此類(lèi)單元以，此類(lèi)單元以3D梁元梁元為基礎(chǔ)，包含了對(duì)稱性和標(biāo)準(zhǔn)管幾何尺寸的簡(jiǎn)化特性。該類(lèi)為基礎(chǔ)，包含了對(duì)稱性和標(biāo)準(zhǔn)管幾何尺寸的簡(jiǎn)化特性。該類(lèi)單元有直管、單元有直管、T型管、彎管和沉管四種單元類(lèi)型，詳細(xì)特性型管、彎管和沉管四種單元類(lèi)型，詳細(xì)特性如表如表1-6所示。所示。LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYSLECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS通用有限元程序ANSYS及其應(yīng)用19

25、1.2ANSYS結(jié)構(gòu)分析單元功能與特性結(jié)構(gòu)分析單元功能與特性1.2.3 管單元管單元管單元特性管單元特性 表表1-6LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYSLECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS通用有限元程序ANSYS及其應(yīng)用201.2ANSYS結(jié)構(gòu)分析單元功能與特性結(jié)構(gòu)分析單元功能與特性1.2.3 管單元管單元管管單元使用應(yīng)注意的其他問(wèn)題：?jiǎn)卧褂脩?yīng)注意的其他問(wèn)題：管元長(zhǎng)度、直徑及壁厚均不能為零。管元長(zhǎng)度、直徑及壁厚均不能為零?？捎?jì)算薄壁管和厚壁管，但某些應(yīng)力的計(jì)算是基于薄壁管可計(jì)算薄壁管和厚壁管，但某些應(yīng)力的計(jì)算是基于薄壁管理論的。理論的。

26、管單元計(jì)入了剪切變形的影響，并可考慮應(yīng)力增強(qiáng)系數(shù)和管單元計(jì)入了剪切變形的影響，并可考慮應(yīng)力增強(qiáng)系數(shù)和撓曲系數(shù)。撓曲系數(shù)。LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYSLECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS通用有限元程序ANSYS及其應(yīng)用211.2ANSYS結(jié)構(gòu)分析單元功能與特性結(jié)構(gòu)分析單元功能與特性1.2.4 2D實(shí)體單元實(shí)體單元 2D實(shí)體單元是一類(lèi)平面單元，可用于平面應(yīng)力、平面應(yīng)實(shí)體單元是一類(lèi)平面單元，可用于平面應(yīng)力、平面應(yīng)變和軸對(duì)稱問(wèn)題的分析，此類(lèi)單元均位于變和軸對(duì)稱問(wèn)題的分析，此類(lèi)單元均位于XY平面內(nèi)，且軸對(duì)平面內(nèi)，且軸對(duì)稱分析時(shí)稱分析時(shí)Y軸為

27、對(duì)稱軸。單元由不同的節(jié)點(diǎn)組成，但每個(gè)節(jié)軸為對(duì)稱軸。單元由不同的節(jié)點(diǎn)組成，但每個(gè)節(jié)點(diǎn)的自由度均為點(diǎn)的自由度均為2個(gè)（諧結(jié)構(gòu)實(shí)體單元除外），即個(gè)（諧結(jié)構(gòu)實(shí)體單元除外），即Ux和和Uy。各種單元的具體特性如表各種單元的具體特性如表1-7所示。所示。LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYSLECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS通用有限元程序ANSYS及其應(yīng)用221.2ANSYS結(jié)構(gòu)分析單元功能與特性結(jié)構(gòu)分析單元功能與特性1.2.4 2D實(shí)體單元實(shí)體單元LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYSLECTURE ON INTRODUC

28、TION TO ANSYS通用有限元程序ANSYS及其應(yīng)用231.2ANSYS結(jié)構(gòu)分析單元功能與特性結(jié)構(gòu)分析單元功能與特性1.2.4 2D實(shí)體單元實(shí)體單元單元使用應(yīng)注意的其他問(wèn)題：?jiǎn)卧褂脩?yīng)注意的其他問(wèn)題： 單元插值函數(shù)及說(shuō)明單元插值函數(shù)及說(shuō)明: PLANE2 是協(xié)調(diào)元。是協(xié)調(diào)元。PLANE42可為協(xié)調(diào)元或?yàn)榉菂f(xié)調(diào)元，當(dāng)退化時(shí)為常應(yīng)變?nèi)切螁慰蔀閰f(xié)調(diào)元或?yàn)榉菂f(xié)調(diào)元，當(dāng)退化時(shí)為常應(yīng)變?nèi)切螁卧?。元。PLANE82是是PLANE42的高階單元，采用的高階單元，采用3次插值函次插值函數(shù)。數(shù)。PLANE182與與PLANE42具有相同的插值函數(shù)，但無(wú)具有相同的插值函數(shù)，但無(wú)附加位移函數(shù)項(xiàng)；也可退化為附

29、加位移函數(shù)項(xiàng)；也可退化為3節(jié)點(diǎn)三角形。節(jié)點(diǎn)三角形。PLANE183是是PLANE182的高階單元，與的高階單元，與PLANE82的插值函數(shù)相同的插值函數(shù)相同，也可退化為，也可退化為6節(jié)點(diǎn)三角形。節(jié)點(diǎn)三角形。P單元的插值函數(shù)可為單元的插值函數(shù)可為28次，其中次，其中PLANE145是是8節(jié)點(diǎn)四邊形單元，而節(jié)點(diǎn)四邊形單元，而PLANE146是是6節(jié)點(diǎn)的三角形單元。節(jié)點(diǎn)的三角形單元。LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYSLECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS通用有限元程序ANSYS及其應(yīng)用241.2ANSYS結(jié)構(gòu)分析單元功能與特性結(jié)構(gòu)分析單元功能與

30、特性1.2.4 2D實(shí)體單元實(shí)體單元荷載特性：荷載特性：大多支持單元邊界的分布荷載及節(jié)點(diǎn)荷載大多支持單元邊界的分布荷載及節(jié)點(diǎn)荷載，可考慮溫度荷載，支持初應(yīng)力文件等。特別地對(duì)平面，可考慮溫度荷載，支持初應(yīng)力文件等。特別地對(duì)平面應(yīng)力輸入單元厚度時(shí)，施加的分布荷載不是線荷載（力應(yīng)力輸入單元厚度時(shí)，施加的分布荷載不是線荷載（力/長(zhǎng)度），而是面荷載（力長(zhǎng)度），而是面荷載（力/面積）；如果不輸入單元厚度面積）；如果不輸入單元厚度，則為單位厚度。，則為單位厚度。其它特點(diǎn)：其它特點(diǎn)：四邊形單元均可退化為三角形單元。四邊形單元均可退化為三角形單元。除除P單元和諧結(jié)構(gòu)單元不支持讀入初應(yīng)力外，其余均支單元和諧結(jié)構(gòu)單

31、元不支持讀入初應(yīng)力外，其余均支持。持。除除4節(jié)點(diǎn)單元支持非協(xié)調(diào)選項(xiàng)外，其余都不支持。節(jié)點(diǎn)單元支持非協(xié)調(diào)選項(xiàng)外，其余都不支持。除除4節(jié)點(diǎn)單元外，其余單元都適合曲邊模型或不規(guī)則模節(jié)點(diǎn)單元外，其余單元都適合曲邊模型或不規(guī)則模型。型。LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYSLECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS通用有限元程序ANSYS及其應(yīng)用251.2ANSYS結(jié)構(gòu)分析單元功能與特性結(jié)構(gòu)分析單元功能與特性1.2.5 3D實(shí)體單元實(shí)體單元 3D實(shí)體單元用于模擬三維實(shí)體結(jié)構(gòu)，此類(lèi)單元每個(gè)實(shí)體單元用于模擬三維實(shí)體結(jié)構(gòu)，此類(lèi)單元每個(gè)節(jié)點(diǎn)均具有三個(gè)自由度，即節(jié)點(diǎn)

32、均具有三個(gè)自由度，即Ux、Uy、Uz三個(gè)平動(dòng)自由三個(gè)平動(dòng)自由度，各種單元的特性如表度，各種單元的特性如表1-8所示。所示。LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYSLECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS通用有限元程序ANSYS及其應(yīng)用261.2ANSYS結(jié)構(gòu)分析單元功能與特性結(jié)構(gòu)分析單元功能與特性1.2.5 3D實(shí)體單元實(shí)體單元表表1-8LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYSLECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS通用有限元程序ANSYS及其應(yīng)用271.2ANSYS結(jié)構(gòu)分析單元功能與特性結(jié)構(gòu)分析單

33、元功能與特性1.2.5 3D實(shí)體單元實(shí)體單元單元使用應(yīng)注意的問(wèn)題：?jiǎn)卧褂脩?yīng)注意的問(wèn)題：關(guān)于關(guān)于SOLID72/73單元：?jiǎn)卧篠OLID72是是4節(jié)點(diǎn)四面體實(shí)體節(jié)點(diǎn)四面體實(shí)體元，元，SOLID73是是8節(jié)點(diǎn)六面體實(shí)體元，這兩個(gè)單元每個(gè)節(jié)點(diǎn)六面體實(shí)體元，這兩個(gè)單元每個(gè)節(jié)點(diǎn)均具有節(jié)點(diǎn)均具有6 個(gè)自由度，個(gè)自由度， 即即Ux,Uy,Uz,Rotx,Roty,Rotz。在較高版本中。在較高版本中ANSYS已不再推薦使用，幫助文件中也已不再推薦使用，幫助文件中也不再介紹，但用命令流仍然可用。原因之一是新的求解不再介紹，但用命令流仍然可用。原因之一是新的求解器器PCG和和SOLID92/95可以較好的解

34、決原有的求解問(wèn)題可以較好的解決原有的求解問(wèn)題；之二是防止不同單元使用中；之二是防止不同單元使用中“誤用誤用”轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，例轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，例如與如與BEAM或或SHELL混合建模時(shí)誤用轉(zhuǎn)動(dòng)自由度?；旌辖r(shí)誤用轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYSLECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS通用有限元程序ANSYS及其應(yīng)用281.2ANSYS結(jié)構(gòu)分析單元功能與特性結(jié)構(gòu)分析單元功能與特性1.2.5 3D實(shí)體單元實(shí)體單元其它特點(diǎn)：其它特點(diǎn)：除除8節(jié)點(diǎn)單元具有非協(xié)調(diào)單元選項(xiàng)外，其余均不支持；節(jié)點(diǎn)單元具有非協(xié)調(diào)單元選項(xiàng)外，其余均不支持；除除8節(jié)點(diǎn)單

35、元外，其余均適合曲邊模型或不規(guī)則模型；節(jié)點(diǎn)單元外，其余均適合曲邊模型或不規(guī)則模型；除除10節(jié)點(diǎn)單元不能退化外，其余單元皆可退化為棱柱體節(jié)點(diǎn)單元不能退化外，其余單元皆可退化為棱柱體和四面體單元，且和四面體單元，且SOLID95/186又可退化為金字塔（也又可退化為金字塔（也稱寶塔）單元。稱寶塔）單元。SOLID185積分方式可選擇：積分方式可選擇：完全積分的方法、減縮完全積分的方法、減縮積分、增強(qiáng)應(yīng)變模式和簡(jiǎn)化的增強(qiáng)應(yīng)變模式。且積分、增強(qiáng)應(yīng)變模式和簡(jiǎn)化的增強(qiáng)應(yīng)變模式。且SOLID185/186/187單元均具有位移插值模式和混合插值單元均具有位移插值模式和混合插值模式（模式（u-P插值），以模擬

36、幾乎不可壓縮的彈塑材料和完插值），以模擬幾乎不可壓縮的彈塑材料和完全不可壓縮的超彈材料。全不可壓縮的超彈材料。LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYSLECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS通用有限元程序ANSYS及其應(yīng)用291.2ANSYS結(jié)構(gòu)分析單元功能與特性結(jié)構(gòu)分析單元功能與特性1.2.6 殼單元?dú)卧?殼單元可以模擬平板和曲殼一類(lèi)結(jié)構(gòu)。殼元比梁元?dú)卧梢阅M平板和曲殼一類(lèi)結(jié)構(gòu)。殼元比梁元和實(shí)體元要復(fù)雜的多，因此殼類(lèi)單元中各種單元的選項(xiàng)和實(shí)體元要復(fù)雜的多，因此殼類(lèi)單元中各種單元的選項(xiàng)很多。如節(jié)點(diǎn)與自由度、材料、特性、退化、協(xié)調(diào)與非很多。如

37、節(jié)點(diǎn)與自由度、材料、特性、退化、協(xié)調(diào)與非協(xié)調(diào)、完全積分與減縮積分、面內(nèi)剛度選擇、剪切變形協(xié)調(diào)、完全積分與減縮積分、面內(nèi)剛度選擇、剪切變形、節(jié)點(diǎn)偏置等，應(yīng)詳細(xì)了解各種單元的使用說(shuō)明。表、節(jié)點(diǎn)偏置等，應(yīng)詳細(xì)了解各種單元的使用說(shuō)明。表1-9給出了板殼單元的簡(jiǎn)明特點(diǎn)。給出了板殼單元的簡(jiǎn)明特點(diǎn)。LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYSLECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS通用有限元程序ANSYS及其應(yīng)用301.2ANSYS結(jié)構(gòu)分析單元功能與特性結(jié)構(gòu)分析單元功能與特性1.2.6 殼單元?dú)卧肀?-9表中節(jié)點(diǎn)自由度欄中：表中節(jié)點(diǎn)自由度欄中：Uxyz表示表示

38、Ux、Uy、Uz；Rxyz表示表示Rotx、Roty、RotzLECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYSLECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS通用有限元程序ANSYS及其應(yīng)用311.2ANSYS結(jié)構(gòu)分析單元功能與特性結(jié)構(gòu)分析單元功能與特性1.2.6 殼單元?dú)卧獑卧褂脩?yīng)注意的問(wèn)題：?jiǎn)卧褂脩?yīng)注意的問(wèn)題：通常不計(jì)剪切變形的殼元用于薄板殼結(jié)構(gòu)，而計(jì)入剪通常不計(jì)剪切變形的殼元用于薄板殼結(jié)構(gòu)，而計(jì)入剪切變形的殼元用于中厚度板殼結(jié)構(gòu)。切變形的殼元用于中厚度板殼結(jié)構(gòu)。當(dāng)計(jì)入剪切變形的當(dāng)計(jì)入剪切變形的殼元用于很薄的板殼結(jié)構(gòu)時(shí)，會(huì)發(fā)生殼元用于很薄的板殼結(jié)構(gòu)時(shí)，

39、會(huì)發(fā)生“剪切閉鎖剪切閉鎖”為防為防止出現(xiàn)剪切閉鎖，一般采用減縮積分或假設(shè)剪應(yīng)變等方止出現(xiàn)剪切閉鎖，一般采用減縮積分或假設(shè)剪應(yīng)變等方法，這兩種方法對(duì)于法，這兩種方法對(duì)于Timoshenko梁效果是一樣的，但梁效果是一樣的，但對(duì)于板殼元是不同的。減縮積分比較常用，雖然有可能對(duì)于板殼元是不同的。減縮積分比較常用，雖然有可能導(dǎo)致導(dǎo)致“零能模式零能模式”（zero energy mode），但一般是在），但一般是在板殼較厚且單元很少時(shí)發(fā)生，這在實(shí)際情況中出現(xiàn)的較板殼較厚且單元很少時(shí)發(fā)生，這在實(shí)際情況中出現(xiàn)的較少，且板殼較厚時(shí)可選擇完全積分。少，且板殼較厚時(shí)可選擇完全積分。LECTURE ON INTRO

40、DUCTION TO ANSYSLECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS通用有限元程序ANSYS及其應(yīng)用321.2ANSYS結(jié)構(gòu)分析單元功能與特性結(jié)構(gòu)分析單元功能與特性1.2.6 殼單元?dú)卧渌攸c(diǎn)：其它特點(diǎn)：除除8節(jié)點(diǎn)殼元外均具有非協(xié)調(diào)元選項(xiàng)。節(jié)點(diǎn)殼元外均具有非協(xié)調(diào)元選項(xiàng)。除除SHELL28/51/61外均可退化為三角形形狀的單元。外均可退化為三角形形狀的單元。僅僅SHELL181支持讀入初應(yīng)力。支持讀入初應(yīng)力。僅僅SHELL93/181支持減縮積分。支持減縮積分。僅僅SHELL43/63/143 具有面內(nèi)具有面內(nèi)Allman 剛度選項(xiàng)，剛度選項(xiàng)，SHELL181具

41、有具有Drill剛度選項(xiàng)。剛度選項(xiàng)。大多數(shù)平板殼單元適合不規(guī)則模型和直曲殼模型，但一般大多數(shù)平板殼單元適合不規(guī)則模型和直曲殼模型，但一般限制單元間的交角不大于限制單元間的交角不大于15。除除SHELL28外，均支持變厚度、面荷載及溫度荷載。外，均支持變厚度、面荷載及溫度荷載。LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYSLECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS通用有限元程序ANSYS及其應(yīng)用331.2ANSYS結(jié)構(gòu)分析單元功能與特性結(jié)構(gòu)分析單元功能與特性1.2.7 彈簧單元彈簧單元 彈簧單元是一類(lèi)專(zhuān)門(mén)模擬彈簧單元是一類(lèi)專(zhuān)門(mén)模擬“彈簧彈簧”行為的單元，不

42、同于行為的單元，不同于用結(jié)構(gòu)單元（如用結(jié)構(gòu)單元（如LINK等）的模擬。此類(lèi)單元當(dāng)用于一般等）的模擬。此類(lèi)單元當(dāng)用于一般彈簧時(shí)比較簡(jiǎn)單，而當(dāng)具有控制作用時(shí)，則比較復(fù)雜。此彈簧時(shí)比較簡(jiǎn)單，而當(dāng)具有控制作用時(shí)，則比較復(fù)雜。此類(lèi)單元主要用于模擬鉸銷(xiāo)、軸向彈簧、扭簧及其控制行為類(lèi)單元主要用于模擬鉸銷(xiāo)、軸向彈簧、扭簧及其控制行為，但都不考慮彎曲作用，且此類(lèi)單元均無(wú)面荷載和體荷載，但都不考慮彎曲作用，且此類(lèi)單元均無(wú)面荷載和體荷載。每個(gè)單元的功能和特性如表。每個(gè)單元的功能和特性如表1-10所示，其詳細(xì)使用方法所示，其詳細(xì)使用方法參見(jiàn)相關(guān)資料。參見(jiàn)相關(guān)資料。LECTURE ON INTRODUCTION TO

43、ANSYSLECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS通用有限元程序ANSYS及其應(yīng)用341.2ANSYS結(jié)構(gòu)分析單元功能與特性結(jié)構(gòu)分析單元功能與特性1.2.7 彈簧單元彈簧單元LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYSLECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS通用有限元程序ANSYS及其應(yīng)用351.2ANSYS結(jié)構(gòu)分析單元功能與特性結(jié)構(gòu)分析單元功能與特性1.2.8 質(zhì)量單元質(zhì)量單元 MASS21為具有為具有6個(gè)自由度的點(diǎn)單元，個(gè)自由度的點(diǎn)單元， 即只有一個(gè)即只有一個(gè)節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)自由度可為節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)自由度可為Ux、Uy、Uz、Rot

44、x、Roty、Rotz，通過(guò)不同設(shè)置可僅考慮，通過(guò)不同設(shè)置可僅考慮2D或或3D內(nèi)的平動(dòng)自由度內(nèi)的平動(dòng)自由度及其組合，及其組合，它每個(gè)坐標(biāo)方向可以具有不同的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)它每個(gè)坐標(biāo)方向可以具有不同的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。慣量。該單元無(wú)面荷載和體荷載，支持彈性、大變形和該單元無(wú)面荷載和體荷載，支持彈性、大變形和生死單元。生死單元。LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYSLECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS通用有限元程序ANSYS及其應(yīng)用361.2ANSYS結(jié)構(gòu)分析單元功能與特性結(jié)構(gòu)分析單元功能與特性1.2.9 接觸單元接觸單元 ANSYS支持三種接觸方式，

45、支持三種接觸方式，即點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、點(diǎn)對(duì)面和面即點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、點(diǎn)對(duì)面和面對(duì)面對(duì)面的接觸，接觸單元是覆蓋在模型單元的接觸面之上的接觸，接觸單元是覆蓋在模型單元的接觸面之上的一層單元。點(diǎn)點(diǎn)單元用于模擬點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的接觸行為，且的一層單元。點(diǎn)點(diǎn)單元用于模擬點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的接觸行為，且預(yù)先知道接觸位置；點(diǎn)面單元用于模擬點(diǎn)對(duì)面的接觸行預(yù)先知道接觸位置；點(diǎn)面單元用于模擬點(diǎn)對(duì)面的接觸行為，預(yù)先不要確定接觸位置，接觸面之間的網(wǎng)格不要求為，預(yù)先不要確定接觸位置，接觸面之間的網(wǎng)格不要求一致；面面單元用于模擬面對(duì)面的接觸行為，支持低階一致；面面單元用于模擬面對(duì)面的接觸行為，支持低階和高階單元，支持大變形行為等。各種單元的特性如表和高階單元，支

46、持大變形行為等。各種單元的特性如表1-11所示。所示。LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYSLECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS通用有限元程序ANSYS及其應(yīng)用371.2ANSYS結(jié)構(gòu)分析單元功能與特性結(jié)構(gòu)分析單元功能與特性1.2.9 接觸單元接觸單元節(jié)點(diǎn)自由度欄中節(jié)點(diǎn)自由度欄中U-Ux，Uy，Uz(3D)，T-Temp，V-Vol，A-Az，M-Mag，RRotzCONTAC26（點(diǎn)對(duì)地基元）、（點(diǎn)對(duì)地基元）、CONTAC48/49（2D/3D點(diǎn)面元）在高版本中不再支持。點(diǎn)面元）在高版本中不再支持。表表1-11LECTURE ON INT

47、RODUCTION TO ANSYSLECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS通用有限元程序ANSYS及其應(yīng)用381.2ANSYS結(jié)構(gòu)分析單元功能與特性結(jié)構(gòu)分析單元功能與特性1.2.10 矩陣單元矩陣單元MATRIX27為剛度、阻尼、質(zhì)量矩陣單元，可表示一種為剛度、阻尼、質(zhì)量矩陣單元，可表示一種任意的單元任意的單元。本單元具有兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，此兩個(gè)節(jié)點(diǎn)可重合。本單元具有兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，此兩個(gè)節(jié)點(diǎn)可重合或不重合，每個(gè)節(jié)點(diǎn)有或不重合，每個(gè)節(jié)點(diǎn)有6個(gè)自由度，即個(gè)自由度，即Ux、Uy、Uz、Rotx、Roty、Rotz。該單元無(wú)面荷載和體荷載，但支持。該單元無(wú)面荷載和體荷載，但支持單元生死功

48、能。其矩陣可為對(duì)稱或不對(duì)稱形式，通過(guò)單元生死功能。其矩陣可為對(duì)稱或不對(duì)稱形式，通過(guò)Keyopt(3)設(shè)置為剛度矩陣、或阻尼矩陣、或質(zhì)量矩陣。設(shè)置為剛度矩陣、或阻尼矩陣、或質(zhì)量矩陣。本單元可模擬任意類(lèi)型的單元，如可模擬特殊彈簧和節(jié)本單元可模擬任意類(lèi)型的單元，如可模擬特殊彈簧和節(jié)點(diǎn)柔性連接等點(diǎn)柔性連接等。LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYSLECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS通用有限元程序ANSYS及其應(yīng)用391.2ANSYS結(jié)構(gòu)分析單元功能與特性結(jié)構(gòu)分析單元功能與特性1.2.10 矩陣單元矩陣單元MATRIX50為超單元為超單元，它是預(yù)先裝

49、配好的可獨(dú)立使用的，它是預(yù)先裝配好的可獨(dú)立使用的一組單元。該單元無(wú)節(jié)點(diǎn)和實(shí)常數(shù)，其自由度數(shù)目由所一組單元。該單元無(wú)節(jié)點(diǎn)和實(shí)常數(shù)，其自由度數(shù)目由所包含的單元決定，其面荷載和體荷載可通過(guò)總的載荷向包含的單元決定，其面荷載和體荷載可通過(guò)總的載荷向量和比例系數(shù)施加，該單元支持大變形功能。該單元不量和比例系數(shù)施加，該單元支持大變形功能。該單元不能包含基于拉格朗日乘子的單元（如能包含基于拉格朗日乘子的單元（如MPC184等），不等），不支持非線性（忽略所包含的單元非線性）。超單元可包支持非線性（忽略所包含的單元非線性）。超單元可包含其它超單元，含其它超單元，2D超單元只能用于二維分析，而超單元只能用于二維

50、分析，而3D超單超單元?jiǎng)t只能用于三維分析。元?jiǎng)t只能用于三維分析。LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYSLECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS通用有限元程序ANSYS及其應(yīng)用401.2ANSYS結(jié)構(gòu)分析單元功能與特性結(jié)構(gòu)分析單元功能與特性1.2.11 表面效應(yīng)單元表面效應(yīng)單元SURF153和和SURF154分別為分別為2D和和3D結(jié)構(gòu)表面效應(yīng)單元結(jié)構(gòu)表面效應(yīng)單元，可用于各種荷載（法向、切向、法向漸變、輸入矢量可用于各種荷載（法向、切向、法向漸變、輸入矢量方向等）及表面效應(yīng)（基礎(chǔ)剛度、表面張力及附加質(zhì)量方向等）及表面效應(yīng)（基礎(chǔ)剛度、表面張力及附加

51、質(zhì)量等）情況，等）情況，可覆蓋于任何二維（軸對(duì)稱諧結(jié)構(gòu)單元可覆蓋于任何二維（軸對(duì)稱諧結(jié)構(gòu)單元PLANE25/83除外）和三維結(jié)構(gòu)實(shí)體單元表面。此類(lèi)單除外）和三維結(jié)構(gòu)實(shí)體單元表面。此類(lèi)單元的主要特性如表元的主要特性如表1-12所示。所示。LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYSLECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS通用有限元程序ANSYS及其應(yīng)用411.2ANSYS結(jié)構(gòu)分析單元功能與特性結(jié)構(gòu)分析單元功能與特性1.2.11 表面效應(yīng)單元表面效應(yīng)單元表表1-12LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYSLECTURE ON IN

52、TRODUCTION TO ANSYS通用有限元程序ANSYS及其應(yīng)用421.2ANSYS結(jié)構(gòu)分析單元功能與特性結(jié)構(gòu)分析單元功能與特性1.2.12 預(yù)緊、多點(diǎn)約束、網(wǎng)分單元預(yù)緊、多點(diǎn)約束、網(wǎng)分單元PRETS179為為2D/3D預(yù)緊單元預(yù)緊單元，用于定義網(wǎng)分后的二維或，用于定義網(wǎng)分后的二維或三維結(jié)構(gòu)預(yù)緊區(qū)，可由任意結(jié)構(gòu)單元（桿、梁、管、殼、三維結(jié)構(gòu)預(yù)緊區(qū)，可由任意結(jié)構(gòu)單元（桿、梁、管、殼、2D實(shí)體和實(shí)體和3D實(shí)體）建立。該單元具有實(shí)體）建立。該單元具有3個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)具有一個(gè)自由度具有一個(gè)自由度Ux，該，該Ux為預(yù)緊方向的位移，為預(yù)緊方向的位移，ANSYS通通過(guò)幾何條件將預(yù)緊力

53、施加到指定的預(yù)緊荷載方向上，而不過(guò)幾何條件將預(yù)緊力施加到指定的預(yù)緊荷載方向上，而不必考慮模型是如何定義的。必考慮模型是如何定義的。 該單元不支持面荷載和體荷載，僅支持非線性特性；該單元不支持面荷載和體荷載，僅支持非線性特性；不能使用約束方程和自由度耦合，不能使用約束方程和自由度耦合，NROTAT命令不能用于命令不能用于節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)K，且，且K節(jié)點(diǎn)必須位于整體直角坐標(biāo)系。節(jié)點(diǎn)必須位于整體直角坐標(biāo)系。LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYSLECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS通用有限元程序ANSYS及其應(yīng)用431.2ANSYS結(jié)構(gòu)分析單元功能與特性結(jié)

54、構(gòu)分析單元功能與特性1.2.12 預(yù)緊、多點(diǎn)約束、網(wǎng)分單元預(yù)緊、多點(diǎn)約束、網(wǎng)分單元MPC184為多點(diǎn)約束單元為多點(diǎn)約束單元，有剛性桿、剛性梁、滑移、球，有剛性桿、剛性梁、滑移、球形、銷(xiāo)釘、萬(wàn)向接頭的約束，適用于使用拉格朗日乘子的形、銷(xiāo)釘、萬(wàn)向接頭的約束，適用于使用拉格朗日乘子的具有運(yùn)動(dòng)約束時(shí)情況，該單元可用于機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)，如起重具有運(yùn)動(dòng)約束時(shí)情況，該單元可用于機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)，如起重機(jī)、挖掘機(jī)、汽車(chē)、機(jī)床和機(jī)器人等。該單元有機(jī)、挖掘機(jī)、汽車(chē)、機(jī)床和機(jī)器人等。該單元有2個(gè)或個(gè)或3個(gè)個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)具有節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)具有Ux、Uy(2D)或或Ux、Uy、Uz(3D) 或或Ux、Uy、Uz、Rotx、Rot

55、y、Rotz(3D)自由度。無(wú)實(shí)常數(shù)和自由度。無(wú)實(shí)常數(shù)和面荷載，支持溫度荷載及轉(zhuǎn)動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，支持大變形和面荷載，支持溫度荷載及轉(zhuǎn)動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，支持大變形和單元生死。單元生死。LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYSLECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS通用有限元程序ANSYS及其應(yīng)用441.2ANSYS結(jié)構(gòu)分析單元功能與特性結(jié)構(gòu)分析單元功能與特性1.2.12 預(yù)緊、多點(diǎn)約束、網(wǎng)分單元預(yù)緊、多點(diǎn)約束、網(wǎng)分單元MESH200是僅用來(lái)劃分網(wǎng)格的單元，對(duì)計(jì)算結(jié)果毫無(wú)影是僅用來(lái)劃分網(wǎng)格的單元，對(duì)計(jì)算結(jié)果毫無(wú)影響。響。它是為實(shí)現(xiàn)多步網(wǎng)格劃分的操作而設(shè)計(jì)的。該單元可它是為實(shí)現(xiàn)多步網(wǎng)格劃分的操作而設(shè)計(jì)的。該單元可用于劃分兩維或三維空間的線，三維空間中的三角形、四用于劃分兩維或三維空間的線，三維空間中的三角形、四邊形、四面體或六面體單元組成的面或體，且均包括有或邊形、四面體或六面體單元組成的面或體，且均包括有或沒(méi)有中間節(jié)點(diǎn)的情況。沒(méi)有中間節(jié)點(diǎn)的情況。MESH200單元可與任意其它單元一單元可與任意其它單元一起使用，當(dāng)不再需要它時(shí)，可以將其刪除或保留。起使用，當(dāng)不再需要它時(shí)，可以將其刪除或保留。 該單元可由該單元可由220個(gè)節(jié)點(diǎn)