制定分析方案(附錄B)-ansys-教案-教學(xué)課件

制訂分析方案制訂分析方案通常考慮的分析因素分析領(lǐng)域分析目標(biāo)線性/非線性問題靜力/動(dòng)力問題分析細(xì)節(jié)的考慮幾何模型對(duì)稱性奇異單元類型網(wǎng)格密度單位制材料特性載荷求解器制訂分析方案是很重要的。一般考慮下列問題：通常考慮的分析因素分析領(lǐng)域奇異制訂分析方案是很重要的。一通?？紤]的分析因素（續(xù)）制訂得分析方案好壞直接影響分析的精度和成本（人耗工時(shí)，計(jì)算機(jī)資源等），但通常情況下精度和成本是相互沖突，特別是分析較大規(guī)模和具有切割邊界的模型時(shí)更為明顯。一個(gè)糟糕的分析方案可能導(dǎo)致分析資源緊張和分析方式受得限制。通?？紤]的分析因素（續(xù)）制訂得分析方案好壞直接影響分析的精度確定合適的分析學(xué)科領(lǐng)域?qū)嶓w運(yùn)動(dòng)，承受壓力，或?qū)嶓w

間存在接觸結(jié)構(gòu)熱磁流體電耦合場準(zhǔn)則施加熱、高溫或存在溫度變化恒定的磁場或磁場電流（直流或交流）氣（液）體的運(yùn)動(dòng)，或受限制

的氣體/液體以上各種情況的耦合確定合適的分析學(xué)科領(lǐng)域?qū)嶓w運(yùn)動(dòng)，承受壓力，或?qū)嶓w

間存在接分析目的分析目的直接決定分析近似模型的確定。分析目的，就是這樣一個(gè)問題的答案：“利用FEA我想研究結(jié)構(gòu)哪些方面的情況？”結(jié)構(gòu)分析:要想得到極高精度的應(yīng)力結(jié)果，必須保證影響精度

的任何結(jié)構(gòu)部位有理想的單元網(wǎng)格，不對(duì)幾何形狀進(jìn)行細(xì)節(jié)上的簡化。應(yīng)力收斂應(yīng)當(dāng)?shù)玫奖ＷC，而任何位置所作的任何簡化都可能引起明顯誤差。在忽略細(xì)節(jié)的情況下，使用相對(duì)較粗糙的單元網(wǎng)格計(jì)算轉(zhuǎn)角和法向應(yīng)力。復(fù)雜的模型要求具有較好的均勻單元網(wǎng)格，并允許忽略細(xì)節(jié)因素。準(zhǔn)則分析目的分析目的直接決定分析近似模型的確定。分析目的，就是這分析目的(續(xù))模態(tài)分析:簡單模態(tài)振型和頻率可以忽略細(xì)節(jié)因素而使用相對(duì)較

粗糙的單元網(wǎng)格進(jìn)行分析計(jì)算。熱分析：溫度分布梯度變化不大時(shí)可以忽略細(xì)節(jié)，劃分均勻且

相對(duì)稀疏的單元網(wǎng)格。當(dāng)溫度場梯度較大時(shí)，在梯度較大的方向劃分細(xì)密的

單元網(wǎng)格。梯度越大，單元?jiǎng)澐志驮郊?xì)密。利用一個(gè)能同時(shí)模擬兩個(gè)物理場的模型求解溫度和熱

耗散應(yīng)力，但熱和應(yīng)力模型都是相對(duì)獨(dú)立的。分析目的(續(xù))模態(tài)分析:線性/非線性分析“我的物理系統(tǒng)是在線性還是非線性狀態(tài)下工作？線性求解能滿足我的需要嗎？如果不能，必須考慮哪種非線性特性？”許多情況和物理現(xiàn)象都要求進(jìn)行非線性計(jì)算。(a)訂書釘t0t1t2t3Fu(b)木制書架b1b2(c)氣動(dòng)帶FuFu線性/非線性分析“我的物理系統(tǒng)是在線性還是非線性狀態(tài)下工線性/非線性分析(續(xù))1.幾何非線性2.材料非線性3.不斷變化的工作狀態(tài)造成的非線性非線性最大的特性就是變結(jié)構(gòu)剛度。它由多種原因引起的，其中主要有以下三個(gè)方面的因素：線性/非線性分析(續(xù))1.幾何非線性非線性最大的特性就線性/非線性分析(續(xù))幾何非線性—大變形/大轉(zhuǎn)角―當(dāng)結(jié)構(gòu)位移相對(duì)于結(jié)構(gòu)最小尺寸顯得較大時(shí)，該因素不可忽略。如，鉤魚桿前稍承受較小的橫向載荷時(shí)，會(huì)產(chǎn)生很大的彎曲變形。隨著載荷增加，鉤魚桿的變形增大而使彎矩的力臂減小，結(jié)構(gòu)剛度增加。FTIPuTIPABAB準(zhǔn)則線性/非線性分析(續(xù))幾何非線性FTIPuTIPABAB線性/非線性分析(續(xù))幾何非線性(續(xù))應(yīng)力剛化

(也稱作幾何或微分剛化)—如果一個(gè)方向的應(yīng)力明顯引起其他方向的剛度時(shí)，這個(gè)效應(yīng)十分重要。

受拉纜繩或薄膜，或者旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)都是典型的例子。ANSYS只要作簡單設(shè)置就能將幾何非線性考慮進(jìn)來，并建議完全不考慮幾何非線性時(shí)也最好打開應(yīng)力剛化開關(guān)。線性/非線性分析(續(xù))幾何非線性(續(xù))線性/非線性分析(續(xù))

材料非線性線彈性是基于材料的應(yīng)力和應(yīng)變關(guān)系是常數(shù)關(guān)系的假設(shè)―“彈性模量”或“楊氏模量”為常數(shù)。應(yīng)變應(yīng)力彈性模量(EX)應(yīng)變應(yīng)力屈服點(diǎn)..材料極限塑性應(yīng)變非線性材料應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系是

非線性的。線性/非線性分析(續(xù))材料非線性應(yīng)變應(yīng)力彈性模量應(yīng)變線性/非線性分析(續(xù))

材料非線性(續(xù))實(shí)際當(dāng)中，沒有那種材料的應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系是完全遵循線性關(guān)系的，線性假設(shè)只不過是一種近似處理。對(duì)于大多數(shù)工程材料而言，在外載荷不足使結(jié)構(gòu)破壞情況下，這種近似是非常好的，能較好地確定設(shè)計(jì)中的許可應(yīng)力或應(yīng)力限值。ANSYS規(guī)定的非線性材料特性：塑性—永久的，不隨時(shí)間變化的變形蠕變—永久的，隨時(shí)間變化的變形非線性彈性粘彈—類似玻璃的材料超彈—類似于橡膠的材料線性/非線性分析(續(xù))材料非線性(續(xù))線性/非線性分析(續(xù))材料非線性(續(xù))一些結(jié)構(gòu)存在局部屈服，即在一些小的區(qū)域內(nèi)應(yīng)力超過了屈服極限（“彈性極限”）。與結(jié)構(gòu)線性假設(shè)相反，充分考慮材料非線性特性并不會(huì)改變遠(yuǎn)離屈服區(qū)域的應(yīng)力場，甚至不改變這些區(qū)域內(nèi)的總應(yīng)變（彈性和塑性應(yīng)變之和）。低周疲勞破壞計(jì)算完全不受其影響。僅僅在孔周圍發(fā)生屈曲線性/非線性分析(續(xù))材料非線性(續(xù))僅僅在孔周圍發(fā)生屈線性/非線性分析(續(xù))接觸和其它狀態(tài)改變的非線性這類非線性特性是隨狀態(tài)變化的，例如，只能承受張力的纜索的松馳與張緊；滾輪與支撐的接觸與脫開；凍土的凍結(jié)與解凍。隨著它們狀態(tài)的變化，它們的剛度在不同值之間顯著變化。線性/非線性分析(續(xù))接觸和其它狀態(tài)改變的非線性靜力/

動(dòng)力分析靜力求解能否滿足你的分析要求？如果不能，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行那種動(dòng)力分析？動(dòng)力分析的所有載荷都是隨時(shí)間變化的，但在許多情況下動(dòng)力影響可以忽略不計(jì)。一般情況下，激勵(lì)頻率低于結(jié)構(gòu)最小固有頻率的1/3時(shí)靜力求解就足夠了。慣性力是動(dòng)力問題不同于靜力問題的關(guān)鍵之處。準(zhǔn)則靜力/動(dòng)力分析靜力求解能否滿足你的分析要求？如果不能，應(yīng)高效率建模技術(shù)在建立分析模型之前必須制訂好建模方案：必須考慮那些細(xì)節(jié)問題？對(duì)稱/反對(duì)稱/軸對(duì)稱？模型中存在應(yīng)力奇異？選用那種類型的單元？線單元?dú)卧猉－Y平面單元平面應(yīng)力或應(yīng)變單元軸對(duì)稱單元諧單元實(shí)體單元專用單元線性單元/高階單元/P單元四邊形單元/三角形單元，塊單元/四面體單元高效率建模技術(shù)在建立分析模型之前必須制訂好建模方案：高效率建模技術(shù)-細(xì)節(jié)處理對(duì)于分析不重要的細(xì)

節(jié)不應(yīng)當(dāng)包含在分析

模型中。當(dāng)從CAD系統(tǒng)

傳一個(gè)模型到ANSYS

程序中時(shí)往往可以作

大量的簡化處理。帶倒角不帶倒角準(zhǔn)則然而，諸如倒角或孔

等細(xì)節(jié)可以是最大應(yīng)

力出現(xiàn)的位置，這些

細(xì)節(jié)對(duì)于你的分析目

的是十分重要的。高效率建模技術(shù)-細(xì)節(jié)處理對(duì)于分析不重要的細(xì)

節(jié)不應(yīng)當(dāng)包高效率建模技術(shù)-對(duì)稱性模型對(duì)稱

—當(dāng)物理系統(tǒng)的形狀、材料和載荷具有對(duì)稱性時(shí)，就可以只對(duì)實(shí)際結(jié)構(gòu)中具有代表性的部分或截面進(jìn)行建模分析，再將結(jié)果映射到整個(gè)模型上，就能獲得相同精度的結(jié)果。物理系統(tǒng)對(duì)稱分析要求具有以下對(duì)稱性條件：幾何結(jié)構(gòu)對(duì)稱材料特性對(duì)稱具有零位移約束存在非零位移約束定義高效率建模技術(shù)-對(duì)稱性模型對(duì)稱—當(dāng)物理系統(tǒng)的形狀、材高效率建模技術(shù)-對(duì)稱性模型(續(xù))對(duì)稱類型軸對(duì)稱即繞某一軸線存在對(duì)稱性，這類結(jié)構(gòu)如：電燈泡，直管，圓錐體，圓盤和圓屋頂。對(duì)稱面就是旋轉(zhuǎn)形成結(jié)構(gòu)的橫截面，它可以在任何位置。大多數(shù)軸對(duì)稱分析求解必須假定非零約束（邊界），集中力、壓力和體截荷均具有軸對(duì)稱。然而，如果截荷不存在軸對(duì)稱性，并且是線性分析，可以將截荷分成簡諧成分，進(jìn)行獨(dú)立求解（然后進(jìn)行疊加）。定義高效率建模技術(shù)-對(duì)稱性模型(續(xù))對(duì)稱類型定義高效率建模技術(shù)-對(duì)稱性模型(續(xù))對(duì)稱類型(續(xù))旋轉(zhuǎn)對(duì)稱即結(jié)構(gòu)由繞軸分布的幾個(gè)重復(fù)部分組成，諸如渦輪葉片這類物體。大多數(shù)旋轉(zhuǎn)對(duì)稱分析求解要求非零位移約束（邊界），集中力、壓力和體載荷應(yīng)具有對(duì)稱性。然而，如果載荷不對(duì)稱分布，并且如果是線性分析，它們可以利用周期對(duì)稱求解。定義高效率建模技術(shù)-對(duì)稱性模型(續(xù))對(duì)稱類型(續(xù))定義高效率建模技術(shù)-對(duì)稱性模型(續(xù))對(duì)稱類型(續(xù))平面或鏡面對(duì)稱即結(jié)構(gòu)的一半與另一半成鏡面映射關(guān)系，對(duì)稱位置（鏡面）稱為對(duì)稱平面。大多數(shù)平面對(duì)稱分析求解要求非零位移約束（邊界），集中力、壓力和體力應(yīng)當(dāng)對(duì)稱。但是，如果這些載荷不對(duì)稱，并且是線性分析，它們可以分成對(duì)稱或反對(duì)稱問題進(jìn)行獨(dú)立求解。定義該圖顯示了鏡面對(duì)稱和旋轉(zhuǎn)對(duì)稱高效率建模技術(shù)-對(duì)稱性模型(續(xù))對(duì)稱類型(續(xù))定義該圖顯高效率建模技術(shù)-對(duì)稱性模型(續(xù))對(duì)稱類型(續(xù))重復(fù)或

平移對(duì)稱即結(jié)構(gòu)是由沿一直線分布的重復(fù)部分組成，諸如帶有均勻分布冷卻節(jié)的長管等結(jié)構(gòu)。該對(duì)稱要求非零位移約束，集中力、壓力和體載荷應(yīng)具有對(duì)稱性。一個(gè)結(jié)構(gòu)可能由多個(gè)對(duì)稱平面，這樣就可以利用對(duì)稱性建立一個(gè)很小的等效分析模型。定義圖示模型具有鏡面對(duì)稱(2X)和重復(fù)對(duì)稱高效率建模技術(shù)-對(duì)稱性模型(續(xù))對(duì)稱類型(續(xù))一個(gè)結(jié)構(gòu)可高效率建模技術(shù)-對(duì)稱性模型(續(xù))在實(shí)際當(dāng)中，可以利用對(duì)稱模型進(jìn)行分析能獲得更好的分析結(jié)果，因?yàn)榭梢越⒏_、綜合考慮各細(xì)節(jié)的模型。這里有一個(gè)真實(shí)的軸對(duì)稱（3－D）模型。準(zhǔn)則高效率建模技術(shù)-對(duì)稱性模型(續(xù))在實(shí)際當(dāng)中，可以利用對(duì)稱高效率建模技術(shù)-對(duì)稱性模型(續(xù))在某些情況下，僅僅是那些較次要的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)破壞了結(jié)構(gòu)對(duì)稱性。有時(shí)，這些細(xì)節(jié)可以忽略（或認(rèn)為它們是對(duì)稱的），進(jìn)而利用對(duì)稱性的優(yōu)點(diǎn)建立更小的分析模型。這樣計(jì)算獲得結(jié)果的精度損失是很難估計(jì)的。高效率建模技術(shù)-對(duì)稱性模型(續(xù))在某些情況下，僅僅是那些高效率建模技術(shù)-應(yīng)力奇異應(yīng)力奇異

是有限元模型中由于幾何構(gòu)造或載荷引起彈性理論計(jì)算應(yīng)力值無限大。即使是奇異點(diǎn)，材料的非線性特性不可能允許應(yīng)力值出現(xiàn)無限增大情況，在理論上總體應(yīng)變也是有限的（許多設(shè)計(jì)準(zhǔn)則都是根據(jù)應(yīng)力制訂的，例如設(shè)計(jì)疲勞曲線，但實(shí)際上是基于應(yīng)變制訂的）。在應(yīng)力奇異處:單元網(wǎng)格越是細(xì)化，越引起計(jì)算應(yīng)力無限增加，并且不再收斂。網(wǎng)格疏密不均勻時(shí)網(wǎng)格離散誤差也大小不一（自適應(yīng)網(wǎng)格劃分結(jié)果是失敗的或者網(wǎng)格錯(cuò)誤）。定義高效率建模技術(shù)-應(yīng)力奇異應(yīng)力奇異是有限元模型中由于幾何高效率建模技術(shù)-應(yīng)力奇異(續(xù))高效率建模技術(shù)-應(yīng)力奇異(續(xù))高效率建模技術(shù)-應(yīng)力奇異(續(xù))一般應(yīng)力奇異發(fā)生情形：添加在節(jié)點(diǎn)上的集中載荷（集中力）與施加在與該節(jié)點(diǎn)相連單元上的均布或變化的面載荷（壓力）等相當(dāng)?shù)脑?，這些節(jié)點(diǎn)處就成為應(yīng)力奇異點(diǎn)。離散約束點(diǎn)導(dǎo)致非零反力的出現(xiàn)，就如同在節(jié)點(diǎn)上施加一集中力，這時(shí)約束點(diǎn)也就成為應(yīng)力奇異點(diǎn)。銳利（零半徑倒角）拐角處。不常見的應(yīng)力奇異情形：由于在劃分單元網(wǎng)格時(shí)出錯(cuò)，模型中存在的“裂縫”。曲邊單元中處在極不理想位置的中間點(diǎn)（ANSYS單元形狀檢查會(huì)發(fā)出警告）。嚴(yán)重扭曲的單元（ANSYS單元形狀檢查會(huì)發(fā)出警告）。高效率建模技術(shù)-應(yīng)力奇異(續(xù))一般應(yīng)力奇異發(fā)生情形：不常高效率建模技術(shù)-應(yīng)力奇異(續(xù))實(shí)際結(jié)構(gòu)中并不存在應(yīng)力奇異點(diǎn)

―它們是由于工程分析過程進(jìn)行簡化處理而引起的。沒有任何制造出來的部件是具有非常銳利的零半徑的倒角，所有載荷都是通過有限大小的壓力面來添加或傳遞到真實(shí)部件上去的。好的有限元模型仍然可能存在應(yīng)力奇異，但分析者必須知道應(yīng)力異附近區(qū)域的應(yīng)變和應(yīng)力是無效的。FEA模型還可以給出結(jié)構(gòu)承載響應(yīng)（甚至是應(yīng)力奇異點(diǎn)鄰近區(qū)域）的其它許多有用信息。準(zhǔn)則高效率建模技術(shù)-應(yīng)力奇異(續(xù))實(shí)際結(jié)構(gòu)中并不存在應(yīng)力奇異.高效率建模方法-單元種類常用單元的形狀點(diǎn)(質(zhì)量)線(彈簧，梁，桿，間隙)面(薄殼,二維實(shí)體,軸對(duì)稱實(shí)體)線性二次體(三維實(shí)體)線性二次......................................高效率建模方法-單元種類常用單元的形狀點(diǎn)(質(zhì)量)線(高效率建模方法-單元種類(續(xù))在單元手冊(cè)(資料或在線幫助)中，ANSYS單元庫有100多種單元類型，其中許多單元具有好幾種可選擇特性來勝任不同的功能。你要做的工作就是將單元的選擇范圍縮小到少數(shù)幾個(gè)單元上。具體單元名稱單元圖示ANSYS單元名稱單元特性(類別,編號(hào))高效率建模方法-單元種類(續(xù))在單元手冊(cè)(資料或在線幫助準(zhǔn)則高效率建模方法-單元種類(續(xù))在結(jié)構(gòu)分析中，結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)決定單元類型的選擇。選擇維數(shù)最低的單元去獲得預(yù)期的結(jié)果(盡量做到能選擇點(diǎn)而不選擇線，能選擇線而不選擇平面，能選擇平面而不選擇殼，能選擇殼而不選擇三維實(shí)體).對(duì)于復(fù)雜結(jié)構(gòu)，應(yīng)當(dāng)考慮建立兩個(gè)或者更多的不同復(fù)雜程度的模型。你可以建立簡單模型，對(duì)結(jié)構(gòu)承載狀態(tài)或采用不同分析選項(xiàng)作實(shí)驗(yàn)性探討。準(zhǔn)則高效率建模方法-單元種類(續(xù))在結(jié)構(gòu)分析中，結(jié)構(gòu)的應(yīng)高效率建模方法-單元種類(續(xù))主要單元類型舉例線單元:Beam(梁)單元是用于螺栓(桿)，薄壁管件，C形截面構(gòu)件，角鋼或者狹長薄膜構(gòu)件(只有膜應(yīng)力和彎應(yīng)力的情況)等模型。Spar

(桿)單元是用于彈簧，螺桿，預(yù)應(yīng)力螺桿和薄膜桁架等模型。Spring

單元是用于彈簧，螺桿，或細(xì)長構(gòu)件，或

通過剛度等效替代復(fù)雜結(jié)構(gòu)等模型。高效率建模方法-單元種類(續(xù))主要單元類型舉例線單元:高效率建模方法-單元種類(續(xù))主要單元類型舉例殼單元:Shell

(殼)單元用于薄面板或曲面模型。殼單元分析應(yīng)用的基本原則是每塊面板的主尺寸不低于其厚度的10倍。準(zhǔn)則高效率建模方法-單元種類(續(xù))主要單元類型舉例殼單元:準(zhǔn)高效率建模方法-單元種類(續(xù))主要單元類型舉例

X-Y平面單元:在整體笛卡爾X-Y平面內(nèi)（模型必須建在此面內(nèi)），有幾種類型的ANSYS單元可以選用。其中任何一種單元類型只允許有平面應(yīng)力、平面應(yīng)變、軸對(duì)稱、和/或者諧結(jié)構(gòu)特性。

平面應(yīng)力或應(yīng)變:OKNJMPLIIJK,L,OPNMTriangularOptionY(orAxial)X(orRadial)高效率建模方法-單元種類(續(xù))主要單元類型舉例X-Y高效率建模方法-單元種類(續(xù))主要單元類型舉例平面應(yīng)力

假定在Z方向上的應(yīng)力為零，主要有以下特點(diǎn)：當(dāng)Z方向上的幾何尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于X和Y方向上的尺寸才有效。所有的載荷均作用在XY平面內(nèi)。在Z方向上存在應(yīng)變。運(yùn)動(dòng)只在XY平面內(nèi)發(fā)生。允許具有任意厚度(Z方向上)。平面應(yīng)力

分析是用來分析諸如承受面內(nèi)載荷的平板、承受壓力或遠(yuǎn)離中心載荷的薄圓盤等結(jié)構(gòu)。高效率建模方法-單元種類(續(xù))主要單元類型舉例平面應(yīng)力高效率建模方法-單元種類(續(xù))主要單元類型舉例平面應(yīng)變

假定在Z方向的應(yīng)變?yōu)榱悖饕哂幸韵绿攸c(diǎn)：當(dāng)Z方向上的幾何尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于X和Y方向上的尺寸才有效。所有的載荷均作用在XY平面內(nèi)。在Z方向上存在應(yīng)力。運(yùn)動(dòng)只在XY平面內(nèi)發(fā)生。平面應(yīng)變分析是用于分析那種一個(gè)方向的尺寸（指定為總體Z方向）遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其它兩個(gè)方向的尺寸，并且垂直于Z軸的橫截面是不變的。高效率建模方法-單元種類(續(xù))主要單元類型舉例平面應(yīng)變高效率建模方法-單元種類(續(xù))主要單元類型舉例軸對(duì)稱

假定三維實(shí)體模型是由XY面內(nèi)的橫截面繞Y軸旋轉(zhuǎn)360o形成的（管，錐體，圓板,圓頂蓋，圓盤等）。對(duì)稱軸必須和整體Y軸重合。不允許有負(fù)X坐標(biāo)。Y方向是軸向，X方向是徑向，

Z方向是周向(hoop)。周向位移是零；周向應(yīng)變和應(yīng)力十分明顯。只能承受軸向載荷（所有載荷）。Hoop高效率建模方法-單元種類(續(xù))主要單元類型舉例軸對(duì)稱假高效率建模方法-單元種類(續(xù))主要單元類型舉例諧單元

將軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)承受的非軸對(duì)稱載荷分解成傅立葉級(jí)數(shù)。傅立葉級(jí)數(shù)的每一部分獨(dú)立進(jìn)行求解，然后根據(jù)再合并到一起。

諧單元較常用于單一受扭或受彎的分析求解，其中受扭和受彎對(duì)應(yīng)于傅立葉級(jí)數(shù)的第1和第2項(xiàng)。這種簡化處理本身不具有任何近似性！單元坐標(biāo)系(顯示的是

KEYOPT(1)=0情形)IJK,L,OPNMTriangularOptionY(Axial)X(Radial)OKJMPLIyxN高效率建模方法-單元種類(續(xù))主要單元類型舉例諧單元將高效率建模方法-單元種類(續(xù))主要單元類型舉例諧單元

-舉例：

假定一承受剪力，彎矩，和/或者扭矩的軸。軸上的扭矩以傅立葉級(jí)數(shù)的一項(xiàng)施加到軸上。這時(shí)，除了扭矩外，事實(shí)上是一般的軸對(duì)稱問題。彎矩和橫向剪力可以分別作為傅立葉級(jí)數(shù)的其它兩項(xiàng)施加到軸上。諧單元還可以用于實(shí)際當(dāng)中的任意循環(huán)分布載荷，這可能需要分解成50-100項(xiàng)傅立葉級(jí)數(shù)才能得到滿意的結(jié)果。MVT高效率建模方法-單元種類(續(xù))主要單元類型舉例諧單元-高效率建模方法-單元種類(續(xù))主要單元類型舉例三維實(shí)體單元:KRLQOPMNJIXYZTetrahedronmeshBrickmesh用于那些由于幾何、材料、載荷或分析結(jié)果要求考慮的細(xì)節(jié)等原因造成無法采用更簡單單元進(jìn)行建模的結(jié)構(gòu)。四面體模型使用CAD建模往往比使用專業(yè)的FEA分析建模更容易，也偶爾得到使用。高效率建模方法-單元種類(續(xù))主要單元類型舉例三維實(shí)體單高效率建模方法-單元種類(續(xù))主要單元類型舉例專用單元:JIGAPMorM/2CFSLIDEK1K2MorM/2XYZ專用單元包括接觸單元-用于構(gòu)件間存在接觸面的結(jié)構(gòu)建模，如渦輪盤和葉片，螺栓頭部和法蘭，電觸頭，以及O-圈等等。做好接觸分析要求有這方面的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)。高效率建模方法-單元種類(續(xù))主要單元類型舉例專用單元:高效率建模方法-單元種類(續(xù))其它可供選擇的單元類型線性單元/二次單元/

p單元:一旦你決定采用平面、三維殼或者三維實(shí)體單元，還需要進(jìn)一步?jīng)Q定采用線性、四邊形或P單元。線性單元和高階單元之間明顯的差別是線性單元只存在“角節(jié)點(diǎn)”，而高階單元還存在“中節(jié)點(diǎn)”。下面還提到一些差別。線性單元內(nèi)的位移按線性變化，因此(大多數(shù)時(shí))單個(gè)單元上的應(yīng)力狀態(tài)是不變的。二次單元內(nèi)的位移是二階變化的，因此單個(gè)單元上的應(yīng)力狀態(tài)是線性變化的。p單元內(nèi)的位移是從2階到8階變化的，而且具有求解收斂自動(dòng)控制功能，自動(dòng)各位置上分析應(yīng)當(dāng)采用的階數(shù)。高效率建模方法-單元種類(續(xù))其它可供選擇的單元類型線性高效率建模方法-單元種類(續(xù))其它可供選擇的單元類型

其它...我們有必要講述一下ANSYS中各線性概念之間的區(qū)別。線性分析

是指不包含任何非線性影響(如：大變形，塑性，或者接觸)。線性方程求解器

是指

方程組解就是結(jié)構(gòu)的自由度解。即使是非線性分析，這些方程還是線性的(但必須進(jìn)行多次求解)。線性單元

假定單元內(nèi)的自由度按線性變化(跟二次單元,三次單元,或

p單元相比)。高效率建模方法-單元種類(續(xù))其它可供選擇的單元類型 高效率建模方法-單元種類(續(xù))其它可供選擇的單元類型線性單元/二次單元/

p單元(續(xù)):在許多情況下，同線性單元相比，采用更高階類型的單元進(jìn)行少量的計(jì)算就可以得到更好的計(jì)算結(jié)果。下面是根據(jù)不同分析目的進(jìn)行單元選擇的情況。高效率建模方法-單元種類(續(xù))其它可供選擇的單元類型線性高效率建模方法-單元種類(續(xù))其它可供選擇的單元類型線性單元/二次單元/

p單元(續(xù)):再進(jìn)行單元選擇時(shí)應(yīng)考慮的其它因素。線性單元的扭曲變形可能引起精度損失。更高階單元對(duì)這種扭曲變形不敏感。就求解的精度的差別講，線性單元和二次單元網(wǎng)格之間的差別遠(yuǎn)沒有平面單元和三維實(shí)體單元網(wǎng)格之間的差別那么驚人之大。你可能更喜歡使用線性(平)殼單元。高度扭曲的二次情形(非平行對(duì)邊)高效率建模方法-單元種類(續(xù))其它可供選擇的單元類型線性高效率建模方法-單元種類(續(xù))其它可供選擇的單元類型線性單元/二次單元/

p單元(續(xù)):大多數(shù)二次單元允許忽略部分或所有邊的中節(jié)點(diǎn)-但是，在沒有中節(jié)點(diǎn)的邊上，你只能得到線性結(jié)果。如果所有中節(jié)點(diǎn)均不存在，該單元就變成了線性單元，計(jì)算精度也隨之降低(由于轉(zhuǎn)化成線性單元的二次單元和塊單元具有“不相容的位移模式”，并引起單元彎曲)。高效率建模方法-單元種類(續(xù))其它可供選擇的單元類型線性高效率建模方法-單元種類(續(xù))其它可供選擇的單元類型線性單元/二次單元/

p單元(續(xù)):更高階的單元模擬曲面的精度就越高。低階單元更高階單元高效率建模方法-單元種類(續(xù))其它可供選擇的單元類型線性高效率建模方法-單元種類(續(xù))其它可供選擇的單元類型線性單元/二次單元/

p單元(續(xù)):采用越來越高階的單元，給曲線結(jié)構(gòu)劃分越來越稀疏的單元網(wǎng)格，ANSYS開始向你發(fā)出警告，甚至發(fā)出由于單元扭曲變形超過單元允許范圍而引起網(wǎng)格劃分失敗的信息。其原因是，由于模型表面單元的彎曲程度過大，使部分中節(jié)點(diǎn)偏離了自身位置，最終決定了你能劃分單元網(wǎng)格的稀疏程度。同其它軟件一樣，ANSYS程序允許用更高階的直邊單元?jiǎng)澐志W(wǎng)格(降低了實(shí)際幾何模型的精度，特別是對(duì)于p單元而言，通常極不理想)，也允許用不帶中節(jié)點(diǎn)的更高階單元?jiǎng)澐謫卧W(wǎng)格

(即降低了幾何模型的精度，又降低了單元精度，所以在通常情況下更不理想)。所以，一般建議采用盡可能稀疏的單元網(wǎng)格，而又不至于出現(xiàn)形狀檢查警告。高效率建模方法-單元種類(續(xù))其它可供選擇的單元類型線性高效率建模方法-單元種類(續(xù))其它可供選擇的單元類型線性單元/二次單元/

p單元(續(xù)):你不能將接觸單元同具有中節(jié)點(diǎn)的單元連起來(僅對(duì)于節(jié)點(diǎn)-節(jié)點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)-面接觸單元而言--對(duì)于面-面接觸單元?jiǎng)t是允許的)。類似地，在熱分析問題中，

你不能將輻射link單元或者非線性對(duì)流表面添加到具有中節(jié)點(diǎn)的單元上。(ANSYS提供了多種劃分必須忽略中節(jié)點(diǎn)的單元網(wǎng)格的方法)。(不建議)(建議)在非線性材料特性區(qū)域內(nèi)，二次單元并不比線性單元更有效。高效率建模方法-單元種類(續(xù))其它可供選擇的單元類型線性高效率建模方法-單元種類(續(xù))其它可供選擇的單元類型四邊形單元/三角形單元，塊單元/四面體單元:針對(duì)平面或者三維殼體分析模型而言，四邊形單元和三角形單元是有差別的，下表列出了這些差異。高效率建模方法-單元種類(續(xù))其它可供選擇的單元類型四邊高效率建模方法-單元種類(續(xù))其它可供選擇的單元類型四邊形單元/三角形單元，塊單元/四面體單元(續(xù)):

全部采用三角形單元網(wǎng)格的理由是相當(dāng)少的。給面進(jìn)行單元網(wǎng)格劃分的實(shí)質(zhì)問題是，你是否允許模型中存在一些三角形單元網(wǎng)格。實(shí)際上，各處存在三角形單元會(huì)相當(dāng)麻煩，但是應(yīng)當(dāng)仔細(xì)思考下列問題:如果采用更高階單元，三角形單元的計(jì)算精度接近于二次單元。所以，全部采用二次單元網(wǎng)格也是沒有什么理由的。如果你采用線性單元，三角形單元就十分糟糕-但是，不這樣會(huì)使四邊形單元網(wǎng)格扭曲。除了多數(shù)不重要的結(jié)構(gòu)外，任何四邊形單元網(wǎng)格(結(jié)構(gòu)的或者非結(jié)構(gòu)的)不得不包含部分形狀糟糕的三角形單元網(wǎng)格。所以，還是沒有理由全部采用四邊形單元。高效率建模方法-單元種類(續(xù))其它可供選擇的單元類型四邊高效率建模方法-單元種類(續(xù))其它可供選擇的單元類型四邊形單元/三角形單元，塊單元/四面體單元(續(xù)):對(duì)三維實(shí)體分析模型而言，塊單元和四面體單元是有差別的，下表列出了這些差異。高效率建模方法-單元種類(續(xù))其它可供選擇的單元類型四邊高效率建模方法-單元種類(續(xù))其它可供選擇的單元類型四邊形單元/三角形單元，塊單元/四面體單元(續(xù)): 建立三維實(shí)體模型需要作出下列選擇：使用四面體單元?jiǎng)澐志W(wǎng)格

采用簡便方法建立實(shí)體模型。

選用二次單元或者

p單元?；蛘呤褂脡K單元?jiǎng)澐謫卧W(wǎng)格選用塊單元網(wǎng)格建立實(shí)體模型。通常需要

花費(fèi)更多時(shí)間和精力。

劃分子區(qū)域

連接處理

延伸

采用任何塊單元。高效率建模方法-單元種類(續(xù))其它可供選擇的單元類型四邊高效率建模方法-單元種類(續(xù))其它可供選擇的單元類型四邊形單元/三角形單元，塊單元/四面體單元(續(xù)):

為什么使用四面體單元?jiǎng)澐謫卧W(wǎng)格會(huì)有這么大的困難呢？過去，有限元模型全部采用線性四面體單元網(wǎng)格(我們已經(jīng)講過這種模型十分“粗糙”)?，F(xiàn)在，使用二次單元和p單元的有限元模型變得相當(dāng)理想了。四面體單元模型的自由度幾乎是同等精度的塊單元單元模型的3到10倍。迄今求解器技術(shù)取得了很大突破，大多數(shù)分析者還是沒有高性能的計(jì)算機(jī)來求解無關(guān)緊要的四面體單元模型。塊單元網(wǎng)格:125個(gè)單元216個(gè)節(jié)點(diǎn)四面體單元網(wǎng)格:679個(gè)單元1230個(gè)節(jié)點(diǎn)高效率建模方法-單元種類(續(xù))其它可供選擇的單元類型四邊高效率建模方法-單元種類(續(xù))其它可供選擇的單元類型四邊形單元/三角形單元，塊單元/四面體單元(續(xù)):

還有其它一些因素幫你作出選擇：做接觸分析，使用四面體單元?jiǎng)澐志W(wǎng)格時(shí)還需要進(jìn)行一些處理，消除接觸面上的中節(jié)點(diǎn)(只針對(duì)節(jié)點(diǎn)-節(jié)點(diǎn)接觸單元和節(jié)點(diǎn)-面接觸單元，而面-面接觸單元?jiǎng)t不需要)。長或薄結(jié)構(gòu)劃分成塊單元網(wǎng)格可能更理想。potentialcontactregion高效率建模方法-單元種類(續(xù))其它可供選擇的單元類型四邊ANSYS分析采用的單位制除電磁分析以外，你不必為ANSYS設(shè)置單位系統(tǒng)。簡單地確定你將采用的單位制，然后保證所有輸入數(shù)據(jù)均采用該種單位制就可以(即，ANSYS不能自動(dòng)進(jìn)行單位轉(zhuǎn)換)。你確定的單位制將影響尺寸、實(shí)常數(shù)、材料特性和載荷等的輸入值。ANSYS分析采用的單位制除電磁分析以外，你不必為ANSY載荷考慮與其它單個(gè)分析因素相比，選擇合適的載荷對(duì)你的分析結(jié)果影響更大。將載荷添加到模型上一般比確定是什么載荷要簡單的多。載荷考慮與其它單個(gè)分析因素相比，選擇合適的載荷對(duì)你的分析結(jié)果載荷分類載荷

包括邊界條件和內(nèi)外環(huán)境對(duì)物體的作用?？梢苑殖梢韵聨最悾憾x自由度約束集中載荷面載荷體載荷慣性載荷載荷分類載荷包括邊界條件和內(nèi)外環(huán)境對(duì)物體的作用?？梢苑殖梢宰杂啥燃s束自由度約束就是給某個(gè)自由度(DOF)指定一已知數(shù)值(值不一定是零)。定義自由度約束自由度約束就是給某個(gè)自由度(DOF)指定一已知數(shù)值自由度約束(續(xù))結(jié)構(gòu)分析中的固定位移(零或者非零值)。大多數(shù)自由度約束用作：對(duì)稱性邊界條件或者稱作“built-in”邊界條件指定剛體位移。熱分析中的指定溫度。舉例自由度約束(續(xù))結(jié)構(gòu)分析中的固定位移(零或者非零值)。大多自由度約束(續(xù))對(duì)稱性或反對(duì)稱邊界條件可以添加到線、面或平面的節(jié)點(diǎn)上。(它們中的每一個(gè)最后成為各個(gè)節(jié)點(diǎn)上的一組約束。)在大多數(shù)情況下，ANSYS將自動(dòng)確定約束的方向。固定位移約束舉例:對(duì)稱邊界條件的添加

自由度約束(續(xù))對(duì)稱性或反對(duì)稱邊界條件可以添加到線、面或平面自由度約束(續(xù))固定位移約束舉例:剛體位移約束1stpointpinned-3translationalconstraints2ndpointconstrainedinbothdirectionsnormaltolinebetween1st&2ndconstrainedpoints3rdpointconstrainednormaltoplanepassingthroughall3constrainedpoints該方塊上下面受壓。它需要仔細(xì)選擇6個(gè)平移自由度，并約束它們的剛體運(yùn)動(dòng)，但不能引起附加扭曲應(yīng)力。自由度約束(續(xù))固定位移約束舉例:剛體位移約束1stpo集中載荷集中載荷就是作用在模型的一個(gè)點(diǎn)上的載荷。定義集中載荷集中載荷就是作用在模型的一個(gè)點(diǎn)上的載荷。定義集中載荷(續(xù))結(jié)構(gòu)分析中的力和彎矩。熱分析中熱流率。集中載荷可以添加到節(jié)點(diǎn)和關(guān)鍵點(diǎn)上。(添加到關(guān)鍵點(diǎn)上的力將自動(dòng)轉(zhuǎn)化到相連的應(yīng)節(jié)點(diǎn)上。)舉例集中載荷(續(xù))結(jié)構(gòu)分析中的力和彎矩。舉例集中載荷(續(xù))集中載荷通常是向由梁(beam)、桿(spars)和彈簧(springs)構(gòu)成的非連續(xù)性的模型添加載荷的一種途徑。對(duì)于由殼單元(shells)、平面單元(XYplaneelements)或者三維實(shí)體單元(3-Dsolids)等組成連續(xù)性模型，集中載荷意味存在應(yīng)力奇異點(diǎn)。你可以用等效集中載荷代替靜力分布載荷，并添加到模型上。如果你不關(guān)心(集中載荷作用)節(jié)點(diǎn)處的應(yīng)力，這樣做是可以接受的。對(duì)于結(jié)構(gòu)分析而言集中載荷(續(xù))集中載荷通常是向由梁(beam)、桿(spa面載荷面載荷

就是作用在單元表面上的分布載荷。定義面載荷面載荷就是作用在單元表面上的分布載荷。定義面載荷(續(xù))結(jié)構(gòu)分析中的壓力。熱分析中的對(duì)流和熱流密度。面載荷可以添加到線或面上(實(shí)體模型上的實(shí)體)、以及節(jié)點(diǎn)或單元上。作用在線或面上的面載荷最終會(huì)傳到面內(nèi)各個(gè)單元上。舉例面載荷(續(xù))結(jié)構(gòu)分析中的壓力。舉例面載荷(續(xù))在塊頂面上施加均布?jí)毫γ孑d荷(續(xù))在塊頂面上施加均布?jí)毫γ孑d荷(續(xù))變化面載荷情形

梯度在面載荷中可能會(huì)使用到。你可以給一按線性變化的面載荷指定一個(gè)梯度，例如水工結(jié)構(gòu)在深度方向上受到靜水壓。面載荷(續(xù))變化面載荷情形梯度在面載荷中可能會(huì)使用到。你面載荷(續(xù))面載荷不是垂直于表面的情形某些類型的載荷只能作用在面效應(yīng)單元上，這些單元的作用是將載荷傳遞到模型的其它單元：結(jié)構(gòu)實(shí)體單元的切向(或其它方向)壓力。實(shí)體熱單元的輻射描述。面載荷(續(xù))面載荷不是垂直于表面的情形某些類型的載荷只能作用體載荷體載荷是分布于整個(gè)體內(nèi)或場內(nèi)的載荷。定義體載荷體載荷是分布于整個(gè)體內(nèi)或場內(nèi)的載荷。定義體載荷(續(xù))結(jié)構(gòu)分析中的溫度載荷。熱分析中生熱率。電磁場分析中電流密度。體載荷可以、添加到關(guān)鍵點(diǎn)或節(jié)點(diǎn)上。(關(guān)鍵點(diǎn)上的體載荷最終將轉(zhuǎn)化成各個(gè)節(jié)點(diǎn)上的一組組體載荷。)舉例體載荷(續(xù))結(jié)構(gòu)分析中的溫度載荷。舉例體載荷(續(xù))體載荷分布復(fù)雜情形體載荷分布一般都很復(fù)雜，必須通過其它分析才能得到，例如通過熱應(yīng)力分析獲得溫度分布。在某些情況下，體載荷是由當(dāng)前分析結(jié)果決定，這就需要進(jìn)行耦合場分析。結(jié)構(gòu)分析模型上溫度分布體載荷(續(xù))體載荷分布復(fù)雜情形體載荷分布一般都很復(fù)雜，必須通慣性載荷

慣性載荷是由物體的慣性（質(zhì)量矩陣）引起的載荷，例如重力加速度，加速度，以及角加速度。定義慣性載荷慣性載荷是由物體的慣性（質(zhì)量矩陣）引起的載荷，例慣性載荷(續(xù))特點(diǎn)慣性載荷只有結(jié)構(gòu)分析中有。慣性載荷是對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)定義的，是獨(dú)立于實(shí)體模型和有限元模型的?？紤]慣性載荷就必須定義材料密度(材料特性DENS)。繞Y軸的角速度慣性載荷(續(xù))特點(diǎn)慣性載荷只有結(jié)構(gòu)分析中有。繞Y軸的角速度添加載荷應(yīng)遵循的原則簡化假定越少越好。使施加的載荷與結(jié)構(gòu)的實(shí)際承載狀態(tài)保持吻合。準(zhǔn)則添加載荷應(yīng)遵循的原則簡化假定越少越好。準(zhǔn)則添加載荷應(yīng)遵循的原則(續(xù))分析一受垂直載荷的托架。怎樣才能使模型左邊邊界在垂直方向上不存在運(yùn)動(dòng)？舉例:向結(jié)構(gòu)添加匹配載荷添加載荷應(yīng)遵循的原則(續(xù))分析一受垂直載荷的托架。舉例:添加載荷應(yīng)遵循的原則你可能需要約束Y方向上的一個(gè)點(diǎn)-但這樣做會(huì)在約束點(diǎn)位置產(chǎn)生應(yīng)力奇異...constrainedpointstresssingularity舉例:向結(jié)構(gòu)添加匹配載荷添加載荷應(yīng)遵循的原則你可能需要約束Y方向上的一個(gè)點(diǎn)-但添加載荷應(yīng)遵循的原則如果你將整個(gè)左邊邊界的垂直自由度全部約束，可能會(huì)更好些，但人為阻礙“泊松效應(yīng)”（即，一個(gè)方向上的應(yīng)力引起其它方向上的應(yīng)變），造成應(yīng)力場局部失真。constrainededge舉例:向結(jié)構(gòu)添加匹配載荷添加載荷應(yīng)遵循的原則如果你將整個(gè)左邊邊界的垂直自由度全部約束添加載荷應(yīng)遵循的原則事實(shí)上，并沒有很好的方法向該結(jié)構(gòu)上添加垂直約束。如果希望得到精確的應(yīng)力，在分析中還應(yīng)當(dāng)將托架的支撐部分考慮進(jìn)來。舉例:向結(jié)構(gòu)添加匹配載荷添加載荷應(yīng)遵循的原則事實(shí)上，并沒有很好的方法向該結(jié)構(gòu)上添加垂添加載荷應(yīng)遵循的原則如果你沒法做得更好，只要其它位置結(jié)果正確也是可以認(rèn)為是正確的，但是你必須忽略“不合理”邊界的附近一定區(qū)域內(nèi)的應(yīng)力。加載時(shí)，你必須十分清楚各個(gè)加載對(duì)象。更小的托架模型能更好地確定孔周圍的應(yīng)力。準(zhǔn)則添加載荷應(yīng)遵循的原則如果你沒法做得更好，只要其它位置結(jié)果正確添加載荷應(yīng)遵循的原則除了對(duì)稱邊界外，實(shí)際上不存在真正的剛性邊界。不要忘記泊松效應(yīng)。添加剛體運(yùn)動(dòng)約束,但不能添加過多的（其它）約束：一塊二維平面應(yīng)力、平面應(yīng)變、梁或桿模型至少需要三個(gè)約束。軸對(duì)稱模型至少需要一個(gè)（軸向）約束。三維實(shí)體或殼模型至少需要六個(gè)約束。準(zhǔn)則XconstraintsBracket該模型邊界條件合理?添加載荷應(yīng)遵循的原則除了對(duì)稱邊界外，實(shí)際上不存在真正的剛性邊添加載荷應(yīng)遵循的原則實(shí)際上，集中載荷是不存在的。然而，只要你不關(guān)心集中載荷作用區(qū)域的應(yīng)力，完全可以以集中載荷添加將載荷添加到模型上。這是一個(gè)帶有切口的受拉板，如果你只關(guān)心切口區(qū)域的應(yīng)力，集中載荷加載是完全可以的。準(zhǔn)則添加載荷應(yīng)遵循的原則實(shí)際上，集中載荷是不存在的。然而，只添加載荷應(yīng)遵循的原則軸對(duì)稱模型具有一些獨(dú)一無二的邊界特性。在360度的基礎(chǔ)上輸入集中力和輸出反力，載荷大小等于整個(gè)周向力的總和。軸對(duì)稱實(shí)體結(jié)構(gòu)，象實(shí)體桿件，應(yīng)當(dāng)約束對(duì)稱軸方向上的自由度UX，限制理論上可能存在的不真實(shí)零變形?？偧辛?2pr=47,124lb.準(zhǔn)則三維結(jié)構(gòu)二維模型添加載荷應(yīng)遵循的原則軸對(duì)稱模型具有一些獨(dú)一無二的邊界特性。添加載荷應(yīng)遵循的原則簡化假定越少越好。使施加的載荷與結(jié)構(gòu)的實(shí)際承載狀態(tài)保持吻合Statically如果沒法做得更好，只要其它位置結(jié)果正確也是可以認(rèn)為使正確的，但是你必須忽略“不合理”邊界的附近一定區(qū)域內(nèi)的應(yīng)力。加載時(shí)，必須十分清楚各個(gè)載荷的施加對(duì)象。除了對(duì)稱邊界外，實(shí)際上不存在真正的剛性邊界。不要忘記泊松效應(yīng)。添加剛體運(yùn)動(dòng)約束,但不能添加過多的（其它）約束。實(shí)際上，集中載荷是不存在的。

軸對(duì)稱模型具有一些獨(dú)一無二的邊界特性?？偨Y(jié)...準(zhǔn)則添加載荷應(yīng)遵循的原則簡化假定越少越好?？偨Y(jié)...準(zhǔn)則選擇求解器求解器的功能是求解關(guān)于結(jié)構(gòu)自由度的聯(lián)立線性方程組-這個(gè)過程可能需要花費(fèi)幾分鐘(1,000個(gè)自由度)到幾個(gè)小時(shí)或者幾天(100,000-1,000,000自由度)，基本上取決于你所用計(jì)算機(jī)的速度。對(duì)于簡單分析，可能需要一、兩次求解。對(duì)于復(fù)雜的瞬態(tài)或非線性分析，可能需要進(jìn)行幾十次、幾百次、或者甚至幾千次求解。ANSYS提供了三個(gè)求解器用于一般求解：波前求解器（Frontalsolver）和

PCG求解器（

PCGsolver）（預(yù)條件共扼梯度,或者“Power求解器”）。稀疏矩陣求解器（Sparsesolver）

也可以使用，主要用于非線性問題。選擇求解器求解器的功能是求解關(guān)于結(jié)構(gòu)自由度的聯(lián)立線性方程組波前求解器/PCG求解器下面是二者的差別對(duì)比表：準(zhǔn)則波前求解器/PCG求解器下面是二者的差別對(duì)比表：準(zhǔn)則波前(Wavefront)求解器波前求解器經(jīng)常發(fā)出“主對(duì)角值”或“主元”為小或負(fù)的警告或錯(cuò)誤信息，指出求解發(fā)生奇異。任何一條信息都指出某個(gè)特定的自由度從你的約束中忽略掉。波前(Wavefront)求解器波前求解器經(jīng)常發(fā)出“主對(duì)角值Power求解器Power求解器不檢驗(yàn)求解的奇異問題。存在奇異的情況下，它仍可以計(jì)算求解，或者結(jié)果不收斂，但仍然進(jìn)行所有的PCG迭代計(jì)算，并輸出錯(cuò)誤信息。Power求解器Power求解器不檢驗(yàn)求解的奇異問題。存在奇練習(xí)-分析方案根據(jù)附錄提供的信息，以3或4個(gè)齒為組，確定齒輪的分析方案。同所在的小組其它成員討論你的想法和分析方案，并提交你的結(jié)果。練習(xí)練習(xí)-分析方案根據(jù)附錄提供的信息，以3或4個(gè)齒為組，確定練習(xí)-分析方案(續(xù))這里是提供來分析的兩個(gè)對(duì)象：1.當(dāng)兩切槽處施加載荷時(shí)，確定(+/-10%)輪的彈性常數(shù)。2.當(dāng)輪繞Z軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，確定結(jié)構(gòu)的(+/-10%)最大vonMises應(yīng)力。wAllreentrantcornershavefillets練習(xí)-分析方案(續(xù))這里是提供來分析的兩個(gè)對(duì)象：1.當(dāng)制訂分析方案制訂分析方案通?？紤]的分析因素分析領(lǐng)域分析目標(biāo)線性/非線性問題靜力/動(dòng)力問題分析細(xì)節(jié)的考慮幾何模型對(duì)稱性奇異單元類型網(wǎng)格密度單位制材料特性載荷求解器制訂分析方案是很重要的。一般考慮下列問題：通?？紤]的分析因素分析領(lǐng)域奇異制訂分析方案是很重要的。一通常考慮的分析因素（續(xù)）制訂得分析方案好壞直接影響分析的精度和成本（人耗工時(shí)，計(jì)算機(jī)資源等），但通常情況下精度和成本是相互沖突，特別是分析較大規(guī)模和具有切割邊界的模型時(shí)更為明顯。一個(gè)糟糕的分析方案可能導(dǎo)致分析資源緊張和分析方式受得限制。通?？紤]的分析因素（續(xù)）制訂得分析方案好壞直接影響分析的精度確定合適的分析學(xué)科領(lǐng)域?qū)嶓w運(yùn)動(dòng)，承受壓力，或?qū)嶓w

間存在接觸結(jié)構(gòu)熱磁流體電耦合場準(zhǔn)則施加熱、高溫或存在溫度變化恒定的磁場或磁場電流（直流或交流）氣（液）體的運(yùn)動(dòng)，或受限制

的氣體/液體以上各種情況的耦合確定合適的分析學(xué)科領(lǐng)域?qū)嶓w運(yùn)動(dòng)，承受壓力，或?qū)嶓w

間存在接分析目的分析目的直接決定分析近似模型的確定。分析目的，就是這樣一個(gè)問題的答案：“利用FEA我想研究結(jié)構(gòu)哪些方面的情況？”結(jié)構(gòu)分析:要想得到極高精度的應(yīng)力結(jié)果，必須保證影響精度

的任何結(jié)構(gòu)部位有理想的單元網(wǎng)格，不對(duì)幾何形狀進(jìn)行細(xì)節(jié)上的簡化。應(yīng)力收斂應(yīng)當(dāng)?shù)玫奖ＷC，而任何位置所作的任何簡化都可能引起明顯誤差。在忽略細(xì)節(jié)的情況下，使用相對(duì)較粗糙的單元網(wǎng)格計(jì)算轉(zhuǎn)角和法向應(yīng)力。復(fù)雜的模型要求具有較好的均勻單元網(wǎng)格，并允許忽略細(xì)節(jié)因素。準(zhǔn)則分析目的分析目的直接決定分析近似模型的確定。分析目的，就是這分析目的(續(xù))模態(tài)分析:簡單模態(tài)振型和頻率可以忽略細(xì)節(jié)因素而使用相對(duì)較

粗糙的單元網(wǎng)格進(jìn)行分析計(jì)算。熱分析：溫度分布梯度變化不大時(shí)可以忽略細(xì)節(jié)，劃分均勻且

相對(duì)稀疏的單元網(wǎng)格。當(dāng)溫度場梯度較大時(shí)，在梯度較大的方向劃分細(xì)密的

單元網(wǎng)格。梯度越大，單元?jiǎng)澐志驮郊?xì)密。利用一個(gè)能同時(shí)模擬兩個(gè)物理場的模型求解溫度和熱

耗散應(yīng)力，但熱和應(yīng)力模型都是相對(duì)獨(dú)立的。分析目的(續(xù))模態(tài)分析:線性/非線性分析“我的物理系統(tǒng)是在線性還是非線性狀態(tài)下工作？線性求解能滿足我的需要嗎？如果不能，必須考慮哪種非線性特性？”許多情況和物理現(xiàn)象都要求進(jìn)行非線性計(jì)算。(a)訂書釘t0t1t2t3Fu(b)木制書架b1b2(c)氣動(dòng)帶FuFu線性/非線性分析“我的物理系統(tǒng)是在線性還是非線性狀態(tài)下工線性/非線性分析(續(xù))1.幾何非線性2.材料非線性3.不斷變化的工作狀態(tài)造成的非線性非線性最大的特性就是變結(jié)構(gòu)剛度。它由多種原因引起的，其中主要有以下三個(gè)方面的因素：線性/非線性分析(續(xù))1.幾何非線性非線性最大的特性就線性/非線性分析(續(xù))幾何非線性—大變形/大轉(zhuǎn)角―當(dāng)結(jié)構(gòu)位移相對(duì)于結(jié)構(gòu)最小尺寸顯得較大時(shí)，該因素不可忽略。如，鉤魚桿前稍承受較小的橫向載荷時(shí)，會(huì)產(chǎn)生很大的彎曲變形。隨著載荷增加，鉤魚桿的變形增大而使彎矩的力臂減小，結(jié)構(gòu)剛度增加。FTIPuTIPABAB準(zhǔn)則線性/非線性分析(續(xù))幾何非線性FTIPuTIPABAB線性/非線性分析(續(xù))幾何非線性(續(xù))應(yīng)力剛化

(也稱作幾何或微分剛化)—如果一個(gè)方向的應(yīng)力明顯引起其他方向的剛度時(shí)，這個(gè)效應(yīng)十分重要。

受拉纜繩或薄膜，或者旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)都是典型的例子。ANSYS只要作簡單設(shè)置就能將幾何非線性考慮進(jìn)來，并建議完全不考慮幾何非線性時(shí)也最好打開應(yīng)力剛化開關(guān)。線性/非線性分析(續(xù))幾何非線性(續(xù))線性/非線性分析(續(xù))

材料非線性線彈性是基于材料的應(yīng)力和應(yīng)變關(guān)系是常數(shù)關(guān)系的假設(shè)―“彈性模量”或“楊氏模量”為常數(shù)。應(yīng)變應(yīng)力彈性模量(EX)應(yīng)變應(yīng)力屈服點(diǎn)..材料極限塑性應(yīng)變非線性材料應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系是

非線性的。線性/非線性分析(續(xù))材料非線性應(yīng)變應(yīng)力彈性模量應(yīng)變線性/非線性分析(續(xù))

材料非線性(續(xù))實(shí)際當(dāng)中，沒有那種材料的應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系是完全遵循線性關(guān)系的，線性假設(shè)只不過是一種近似處理。對(duì)于大多數(shù)工程材料而言，在外載荷不足使結(jié)構(gòu)破壞情況下，這種近似是非常好的，能較好地確定設(shè)計(jì)中的許可應(yīng)力或應(yīng)力限值。ANSYS規(guī)定的非線性材料特性：塑性—永久的，不隨時(shí)間變化的變形蠕變—永久的，隨時(shí)間變化的變形非線性彈性粘彈—類似玻璃的材料超彈—類似于橡膠的材料線性/非線性分析(續(xù))材料非線性(續(xù))線性/非線性分析(續(xù))材料非線性(續(xù))一些結(jié)構(gòu)存在局部屈服，即在一些小的區(qū)域內(nèi)應(yīng)力超過了屈服極限（“彈性極限”）。與結(jié)構(gòu)線性假設(shè)相反，充分考慮材料非線性特性并不會(huì)改變遠(yuǎn)離屈服區(qū)域的應(yīng)力場，甚至不改變這些區(qū)域內(nèi)的總應(yīng)變（彈性和塑性應(yīng)變之和）。低周疲勞破壞計(jì)算完全不受其影響。僅僅在孔周圍發(fā)生屈曲線性/非線性分析(續(xù))材料非線性(續(xù))僅僅在孔周圍發(fā)生屈線性/非線性分析(續(xù))接觸和其它狀態(tài)改變的非線性這類非線性特性是隨狀態(tài)變化的，例如，只能承受張力的纜索的松馳與張緊；滾輪與支撐的接觸與脫開；凍土的凍結(jié)與解凍。隨著它們狀態(tài)的變化，它們的剛度在不同值之間顯著變化。線性/非線性分析(續(xù))接觸和其它狀態(tài)改變的非線性靜力/

動(dòng)力分析靜力求解能否滿足你的分析要求？如果不能，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行那種動(dòng)力分析？動(dòng)力分析的所有載荷都是隨時(shí)間變化的，但在許多情況下動(dòng)力影響可以忽略不計(jì)。一般情況下，激勵(lì)頻率低于結(jié)構(gòu)最小固有頻率的1/3時(shí)靜力求解就足夠了。慣性力是動(dòng)力問題不同于靜力問題的關(guān)鍵之處。準(zhǔn)則靜力/動(dòng)力分析靜力求解能否滿足你的分析要求？如果不能，應(yīng)高效率建模技術(shù)在建立分析模型之前必須制訂好建模方案：必須考慮那些細(xì)節(jié)問題？對(duì)稱/反對(duì)稱/軸對(duì)稱？模型中存在應(yīng)力奇異？選用那種類型的單元？線單元?dú)卧猉－Y平面單元平面應(yīng)力或應(yīng)變單元軸對(duì)稱單元諧單元實(shí)體單元專用單元線性單元/高階單元/P單元四邊形單元/三角形單元，塊單元/四面體單元高效率建模技術(shù)在建立分析模型之前必須制訂好建模方案：高效率建模技術(shù)-細(xì)節(jié)處理對(duì)于分析不重要的細(xì)

節(jié)不應(yīng)當(dāng)包含在分析

模型中。當(dāng)從CAD系統(tǒng)

傳一個(gè)模型到ANSYS

程序中時(shí)往往可以作

大量的簡化處理。帶倒角不帶倒角準(zhǔn)則然而，諸如倒角或孔

等細(xì)節(jié)可以是最大應(yīng)

力出現(xiàn)的位置，這些

細(xì)節(jié)對(duì)于你的分析目

的是十分重要的。高效率建模技術(shù)-細(xì)節(jié)處理對(duì)于分析不重要的細(xì)

節(jié)不應(yīng)當(dāng)包高效率建模技術(shù)-對(duì)稱性模型對(duì)稱

—當(dāng)物理系統(tǒng)的形狀、材料和載荷具有對(duì)稱性時(shí)，就可以只對(duì)實(shí)際結(jié)構(gòu)中具有代表性的部分或截面進(jìn)行建模分析，再將結(jié)果映射到整個(gè)模型上，就能獲得相同精度的結(jié)果。物理系統(tǒng)對(duì)稱分析要求具有以下對(duì)稱性條件：幾何結(jié)構(gòu)對(duì)稱材料特性對(duì)稱具有零位移約束存在非零位移約束定義高效率建模技術(shù)-對(duì)稱性模型對(duì)稱—當(dāng)物理系統(tǒng)的形狀、材高效率建模技術(shù)-對(duì)稱性模型(續(xù))對(duì)稱類型軸對(duì)稱即繞某一軸線存在對(duì)稱性，這類結(jié)構(gòu)如：電燈泡，直管，圓錐體，圓盤和圓屋頂。對(duì)稱面就是旋轉(zhuǎn)形成結(jié)構(gòu)的橫截面，它可以在任何位置。大多數(shù)軸對(duì)稱分析求解必須假定非零約束（邊界），集中力、壓力和體截荷均具有軸對(duì)稱。然而，如果截荷不存在軸對(duì)稱性，并且是線性分析，可以將截荷分成簡諧成分，進(jìn)行獨(dú)立求解（然后進(jìn)行疊加）。定義高效率建模技術(shù)-對(duì)稱性模型(續(xù))對(duì)稱類型定義高效率建模技術(shù)-對(duì)稱性模型(續(xù))對(duì)稱類型(續(xù))旋轉(zhuǎn)對(duì)稱即結(jié)構(gòu)由繞軸分布的幾個(gè)重復(fù)部分組成，諸如渦輪葉片這類物體。大多數(shù)旋轉(zhuǎn)對(duì)稱分析求解要求非零位移約束（邊界），集中力、壓力和體載荷應(yīng)具有對(duì)稱性。然而，如果載荷不對(duì)稱分布，并且如果是線性分析，它們可以利用周期對(duì)稱求解。定義高效率建模技術(shù)-對(duì)稱性模型(續(xù))對(duì)稱類型(續(xù))定義高效率建模技術(shù)-對(duì)稱性模型(續(xù))對(duì)稱類型(續(xù))平面或鏡面對(duì)稱即結(jié)構(gòu)的一半與另一半成鏡面映射關(guān)系，對(duì)稱位置（鏡面）稱為對(duì)稱平面。大多數(shù)平面對(duì)稱分析求解要求非零位移約束（邊界），集中力、壓力和體力應(yīng)當(dāng)對(duì)稱。但是，如果這些載荷不對(duì)稱，并且是線性分析，它們可以分成對(duì)稱或反對(duì)稱問題進(jìn)行獨(dú)立求解。定義該圖顯示了鏡面對(duì)稱和旋轉(zhuǎn)對(duì)稱高效率建模技術(shù)-對(duì)稱性模型(續(xù))對(duì)稱類型(續(xù))定義該圖顯高效率建模技術(shù)-對(duì)稱性模型(續(xù))對(duì)稱類型(續(xù))重復(fù)或

平移對(duì)稱即結(jié)構(gòu)是由沿一直線分布的重復(fù)部分組成，諸如帶有均勻分布冷卻節(jié)的長管等結(jié)構(gòu)。該對(duì)稱要求非零位移約束，集中力、壓力和體載荷應(yīng)具有對(duì)稱性。一個(gè)結(jié)構(gòu)可能由多個(gè)對(duì)稱平面，這樣就可以利用對(duì)稱性建立一個(gè)很小的等效分析模型。定義圖示模型具有鏡面對(duì)稱(2X)和重復(fù)對(duì)稱高效率建模技術(shù)-對(duì)稱性模型(續(xù))對(duì)稱類型(續(xù))一個(gè)結(jié)構(gòu)可高效率建模技術(shù)-對(duì)稱性模型(續(xù))在實(shí)際當(dāng)中，可以利用對(duì)稱模型進(jìn)行分析能獲得更好的分析結(jié)果，因?yàn)榭梢越⒏_、綜合考慮各細(xì)節(jié)的模型。這里有一個(gè)真實(shí)的軸對(duì)稱（3－D）模型。準(zhǔn)則高效率建模技術(shù)-對(duì)稱性模型(續(xù))在實(shí)際當(dāng)中，可以利用對(duì)稱高效率建模技術(shù)-對(duì)稱性模型(續(xù))在某些情況下，僅僅是那些較次要的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)破壞了結(jié)構(gòu)對(duì)稱性。有時(shí)，這些細(xì)節(jié)可以忽略（或認(rèn)為它們是對(duì)稱的），進(jìn)而利用對(duì)稱性的優(yōu)點(diǎn)建立更小的分析模型。這樣計(jì)算獲得結(jié)果的精度損失是很難估計(jì)的。高效率建模技術(shù)-對(duì)稱性模型(續(xù))在某些情況下，僅僅是那些高效率建模技術(shù)-應(yīng)力奇異應(yīng)力奇異

是有限元模型中由于幾何構(gòu)造或載荷引起彈性理論計(jì)算應(yīng)力值無限大。即使是奇異點(diǎn)，材料的非線性特性不可能允許應(yīng)力值出現(xiàn)無限增大情況，在理論上總體應(yīng)變也是有限的（許多設(shè)計(jì)準(zhǔn)則都是根據(jù)應(yīng)力制訂的，例如設(shè)計(jì)疲勞曲線，但實(shí)際上是基于應(yīng)變制訂的）。在應(yīng)力奇異處:單元網(wǎng)格越是細(xì)化，越引起計(jì)算應(yīng)力無限增加，并且不再收斂。網(wǎng)格疏密不均勻時(shí)網(wǎng)格離散誤差也大小不一（自適應(yīng)網(wǎng)格劃分結(jié)果是失敗的或者網(wǎng)格錯(cuò)誤）。定義高效率建模技術(shù)-應(yīng)力奇異應(yīng)力奇異是有限元模型中由于幾何高效率建模技術(shù)-應(yīng)力奇異(續(xù))高效率建模技術(shù)-應(yīng)力奇異(續(xù))高效率建模技術(shù)-應(yīng)力奇異(續(xù))一般應(yīng)力奇異發(fā)生情形：添加在節(jié)點(diǎn)上的集中載荷（集中力）與施加在與該節(jié)點(diǎn)相連單元上的均布或變化的面載荷（壓力）等相當(dāng)?shù)脑?，這些節(jié)點(diǎn)處就成為應(yīng)力奇異點(diǎn)。離散約束點(diǎn)導(dǎo)致非零反力的出現(xiàn)，就如同在節(jié)點(diǎn)上施加一集中力，這時(shí)約束點(diǎn)也就成為應(yīng)力奇異點(diǎn)。銳利（零半徑倒角）拐角處。不常見的應(yīng)力奇異情形：由于在劃分單元網(wǎng)格時(shí)出錯(cuò)，模型中存在的“裂縫”。曲邊單元中處在極不理想位置的中間點(diǎn)（ANSYS單元形狀檢查會(huì)發(fā)出警告）。嚴(yán)重扭曲的單元（ANSYS單元形狀檢查會(huì)發(fā)出警告）。高效率建模技術(shù)-應(yīng)力奇異(續(xù))一般應(yīng)力奇異發(fā)生情形：不常高效率建模技術(shù)-應(yīng)力奇異(續(xù))實(shí)際結(jié)構(gòu)中并不存在應(yīng)力奇異點(diǎn)

―它們是由于工程分析過程進(jìn)行簡化處理而引起的。沒有任何制造出來的部件是具有非常銳利的零半徑的倒角，所有載荷都是通過有限大小的壓力面來添加或傳遞到真實(shí)部件上去的。好的有限元模型仍然可能存在應(yīng)力奇異，但分析者必須知道應(yīng)力異附近區(qū)域的應(yīng)變和應(yīng)力是無效的。FEA模型還可以給出結(jié)構(gòu)承載響應(yīng)（甚至是應(yīng)力奇異點(diǎn)鄰近區(qū)域）的其它許多有用信息。準(zhǔn)則高效率建模技術(shù)-應(yīng)力奇異(續(xù))實(shí)際結(jié)構(gòu)中并不存在應(yīng)力奇異.高效率建模方法-單元種類常用單元的形狀點(diǎn)(質(zhì)量)線(彈簧，梁，桿，間隙)面(薄殼,二維實(shí)體,軸對(duì)稱實(shí)體)線性二次體(三維實(shí)體)線性二次......................................高效率建模方法-單元種類常用單元的形狀點(diǎn)(質(zhì)量)線(高效率建模方法-單元種類(續(xù))在單元手冊(cè)(資料或在線幫助)中，ANSYS單元庫有100多種單元類型，其中許多單元具有好幾種可選擇特性來勝任不同的功能。你要做的工作就是將單元的選擇范圍縮小到少數(shù)幾個(gè)單元上。具體單元名稱單元圖示ANSYS單元名稱單元特性(類別,編號(hào))高效率建模方法-單元種類(續(xù))在單元手冊(cè)(資料或在線幫助準(zhǔn)則高效率建模方法-單元種類(續(xù))在結(jié)構(gòu)分析中，結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)決定單元類型的選擇。選擇維數(shù)最低的單元去獲得預(yù)期的結(jié)果(盡量做到能選擇點(diǎn)而不選擇線，能選擇線而不選擇平面，能選擇平面而不選擇殼，能選擇殼而不選擇三維實(shí)體).對(duì)于復(fù)雜結(jié)構(gòu)，應(yīng)當(dāng)考慮建立兩個(gè)或者更多的不同復(fù)雜程度的模型。你可以建立簡單模型，對(duì)結(jié)構(gòu)承載狀態(tài)或采用不同分析選項(xiàng)作實(shí)驗(yàn)性探討。準(zhǔn)則高效率建模方法-單元種類(續(xù))在結(jié)構(gòu)分析中，結(jié)構(gòu)的應(yīng)高效率建模方法-單元種類(續(xù))主要單元類型舉例線單元:Beam(梁)單元是用于螺栓(桿)，薄壁管件，C形截面構(gòu)件，角鋼或者狹長薄膜構(gòu)件(只有膜應(yīng)力和彎應(yīng)力的情況)等模型。Spar

(桿)單元是用于彈簧，螺桿，預(yù)應(yīng)力螺桿和薄膜桁架等模型。Spring

單元是用于彈簧，螺桿，或細(xì)長構(gòu)件，或

通過剛度等效替代復(fù)雜結(jié)構(gòu)等模型。高效率建模方法-單元種類(續(xù))主要單元類型舉例線單元:高效率建模方法-單元種類(續(xù))主要單元類型舉例殼單元:Shell

(殼)單元用于薄面板或曲面模型。殼單元分析應(yīng)用的基本原則是每塊面板的主尺寸不低于其厚度的10倍。準(zhǔn)則高效率建模方法-單元種類(續(xù))主要單元類型舉例殼單元:準(zhǔn)高效率建模方法-單元種類(續(xù))主要單元類型舉例

X-Y平面單元:在整體笛卡爾X-Y平面內(nèi)（模型必須建在此面內(nèi)），有幾種類型的ANSYS單元可以選用。其中任何一種單元類型只允許有平面應(yīng)力、平面應(yīng)變、軸對(duì)稱、和/或者諧結(jié)構(gòu)特性。

平面應(yīng)力或應(yīng)變:OKNJMPLIIJK,L,OPNMTriangularOptionY(orAxial)X(orRadial)高效率建模方法-單元種類(續(xù))主要單元類型舉例X-Y高效率建模方法-單元種類(續(xù))主要單元類型舉例平面應(yīng)力

假定在Z方向上的應(yīng)力為零，主要有以下特點(diǎn)：當(dāng)Z方向上的幾何尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于X和Y方向上的尺寸才有效。所有的載荷均作用在XY平面內(nèi)。在Z方向上存在應(yīng)變。運(yùn)動(dòng)只在XY平面內(nèi)發(fā)生。允許具有任意厚度(Z方向上)。平面應(yīng)力

分析是用來分析諸如承受面內(nèi)載荷的平板、承受壓力或遠(yuǎn)離中心載荷的薄圓盤等結(jié)構(gòu)。高效率建模方法-單元種類(續(xù))主要單元類型舉例平面應(yīng)力高效率建模方法-單元種類(續(xù))主要單元類型舉例平面應(yīng)變

假定在Z方向的應(yīng)變?yōu)榱?，主要具有以下特點(diǎn)：當(dāng)Z方向上的幾何尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于X和Y方向上的尺寸才有效。所有的載荷均作用在XY平面內(nèi)。在Z方向上存在應(yīng)力。運(yùn)動(dòng)只在XY平面內(nèi)發(fā)生。平面應(yīng)變分析是用于分析那種一個(gè)方向的尺寸（指定為總體Z方向）遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其它兩個(gè)方向的尺寸，并且垂直于Z軸的橫截面是不變的。高效率建模方法-單元種類(續(xù))主要單元類型舉例平面應(yīng)變高效率建模方法-單元種類(續(xù))主要單元類型舉例軸對(duì)稱

假定三維實(shí)體模型是由XY面內(nèi)的橫截面繞Y軸旋轉(zhuǎn)360o形成的（管，錐體，圓板,圓頂蓋，圓盤等）。對(duì)稱軸必須和整體Y軸重合。不允許有負(fù)X坐標(biāo)。Y方向是軸向，X方向是徑向，

Z方向是周向(hoop)。周向位移是零；周向應(yīng)變和應(yīng)力十分明顯。只能承受軸向載荷（所有載荷）。Hoop高效率建模方法-單元種類(續(xù))主要單元類型舉例軸對(duì)稱假高效率建模方法-單元種類(續(xù))主要單元類型舉例諧單元

將軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)承受的非軸對(duì)稱載荷分解成傅立葉級(jí)數(shù)。傅立葉級(jí)數(shù)的每一部分獨(dú)立進(jìn)行求解，然后根據(jù)再合并到一起。

諧單元較常用于單一受扭或受彎的分析求解，其中受扭和受彎對(duì)應(yīng)于傅立葉級(jí)數(shù)的第1和第2項(xiàng)。這種簡化處理本身不具有任何近似性！單元坐標(biāo)系(顯示的是

KEYOPT(1)=0情形)IJK,L,OPNMTriangularOptionY(Axial)X(Radial)OKJMPLIyxN高效率建模方法-單元種類(續(xù))主要單元類型舉例諧單元將高效率建模方法-單元種類(續(xù))主要單元類型舉例諧單元

-舉例：

假定一承受剪力，彎矩，和/或者扭矩的軸。軸上的扭矩以傅立葉級(jí)數(shù)的一項(xiàng)施加到軸上。這時(shí)，除了扭矩外，事實(shí)上是一般的軸對(duì)稱問題。彎矩和橫向剪力可以分別作為傅立葉級(jí)數(shù)的其它兩項(xiàng)施加到軸上。諧單元還可以用于實(shí)際當(dāng)中的任意循環(huán)分布載荷，這可能需要分解成50-100項(xiàng)傅立葉級(jí)數(shù)才能得到滿意的結(jié)果。MVT高效率建模方法-單元種類(續(xù))主要單元類型舉例諧單元-高效率建模方法-單元種類(續(xù))主要單元類型舉例三維實(shí)體單元:KRLQOPMNJIXYZTetrahedronmeshBrickmesh用于那些由于幾何、材料、載荷或分析結(jié)果要求考慮的細(xì)節(jié)等原因造成無法采用更簡單單元進(jìn)行建模的結(jié)構(gòu)。四面體模型使用CAD建模往往比使用專業(yè)的FEA分析建模更容易，也偶爾得到使用。高效率建模方法-單元種類(續(xù))主要單元類型舉例三維實(shí)體單高效率建模方法-單元種類(續(xù))主要單元類型舉例專用單元:JIGAPMorM/2CFSLIDEK1K2MorM/2XYZ專用單元包括接觸單元-用于構(gòu)件間存在接觸面的結(jié)構(gòu)建模，如渦輪盤和葉片，螺栓頭部和法蘭，電觸頭，以及O-圈等等。做好接觸分析要求有這方面的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)。高效率建模方法-單元種類(續(xù))主要單元類型舉例專用單元:高效率建模方法-單元種類(續(xù))其它可供選擇的單元類型線性單元/二次單元/

p單元:一旦你決定采用平面、三維殼或者三維實(shí)體單元，還需要進(jìn)一步?jīng)Q定采用線性、四邊形或P單元。線性單元和高階單元之間明顯的差別是線性單元只存在“角節(jié)點(diǎn)”，而高階單元還存在“中節(jié)點(diǎn)”。下面還提到一些差別。線性單元內(nèi)的位移按線性變化，因此(大多數(shù)時(shí))單個(gè)單元上的應(yīng)力狀態(tài)是不變的。二次單元內(nèi)的位移是二階變化的，因此單個(gè)單元上的應(yīng)力狀態(tài)是線性變化的。p單元內(nèi)的位移是從2階到8階變化的，而且具有求解收斂自動(dòng)控制功能，自動(dòng)各位置上分析應(yīng)當(dāng)采用的階數(shù)。高效率建模方法-單元種類(續(xù))其它可供選擇的單元類型線性高效率建模方法-單元種類(續(xù))其它可供選擇的單元類型

其它...我們有必要講述一下ANSYS中各線性概念之間的區(qū)別。線性分析

是指不包含任何非線性影響(如：大變形，塑性，或者接觸)。線性方程求解器

是指

方程組解就是結(jié)構(gòu)的自由度解。即使是非線性分析，這些方程還是線性的(但必須進(jìn)行多次求解)。線性單元

假定單元內(nèi)的自由度按線性變化(跟二次單元,三次單元,或

p單元相比)。高效率建模方法-單元種類(續(xù))其它可供選擇的單元類型 高效率建模方法-單元種類(續(xù))其它可供選擇的單元類型線性單元/二次單元/

p單元(續(xù)):在許多情況下，同線性單元相比，采用更高階類型的單元進(jìn)行少量的計(jì)算就可以得到更好的計(jì)算結(jié)果。下面是根據(jù)不同分析目的進(jìn)行單元選擇的情況。高效率建模方法-單元種類(續(xù))其它可供選擇的單元類型線性高效率建模方法-單元種類(續(xù))其它可供選擇的單元類型線性單元/二次單元/

p單元(續(xù)):再進(jìn)行單元選擇時(shí)應(yīng)考慮的其它因素。線性單元的扭曲變形可能引起精度損失。更高階單元對(duì)這種扭曲變形不敏感。就求解的精度的差別講，線性單元和二次單元網(wǎng)格之間的差別遠(yuǎn)沒有平面單元和三維實(shí)體單元網(wǎng)格之間的差別那么驚人之大。你可能更喜歡使用線性(平)殼單元。高度扭曲的二次情形(非平行對(duì)邊)高效率建模方法-單元種類(續(xù))其它可供選擇的單元類型線性高效率建模方法-單元種類(續(xù))其它可供選擇的單元類型線性單元/二次單元/

p單元(續(xù)):大多數(shù)二次單元允許忽略部分或所有邊的中節(jié)點(diǎn)-但是，在沒有中節(jié)點(diǎn)的邊上，你只能得到線性結(jié)果。如果所有中節(jié)點(diǎn)均不存在，該單元就變成了線性單元，計(jì)算精度也隨之降低(由于轉(zhuǎn)化成線性單元的二次單元和塊單元具有“不相容的位移模式”，并引起單元彎曲)。高效率建模方法-單元種類(續(xù))其它可供選擇的單元類型線性高效率建模方法-單元種類(續(xù))其它可供選擇的單元類型線性單元/二次單元/

p單元(續(xù)):更高階的單元模擬曲面的精度就越高。低階單元更高階單元高效率建模方法-單元種類(續(xù))其它可供選擇的單元類型線性高效率建模方法-單元種類(續(xù))其它可供選擇的單元類型線性單元/二次單元/

p單元(續(xù)):采用越來越高階的單元，給曲線結(jié)構(gòu)劃分越來越稀疏的單元網(wǎng)格，ANSYS開始向你發(fā)出警告，甚至發(fā)出由于單元扭曲變形超過單元允許范圍而引起網(wǎng)格劃分失敗的信息。其原因是，由于模型表面單元的彎曲程度過大，使部分中節(jié)點(diǎn)偏離了自身位置，最終決定了你能劃分單元網(wǎng)格的稀疏程度。同其它軟件一樣，ANSYS程序允許用更高階的直邊單元?jiǎng)澐志W(wǎng)格(降低了實(shí)際幾何模型的精度，特別是對(duì)于p單元而言，通常極不理想)，也允許用不帶中節(jié)點(diǎn)的更高階單元?jiǎng)澐謫卧W(wǎng)格

(即降低了幾何模型的精度，又降低了單元精度，所以在通常情況下更不理想)。所以，一般建議采用盡可能稀疏的單元網(wǎng)格，而又不至于出現(xiàn)形狀檢查警告。高效率建模方法-單元種類(續(xù))其它可供選擇的單元類型線性高效率建模方法-單元種類(續(xù))其它可供選擇的單元類型線性單元/二次單元/

p單元(續(xù)):你不能將接觸單元同具有中節(jié)點(diǎn)的單元連起來(僅對(duì)于節(jié)點(diǎn)-節(jié)點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)-面接觸單元而言--對(duì)于面-面接觸單元?jiǎng)t是允許的)。類似地，在熱分析問題中，

你不能將輻射link單元或者非線性對(duì)流表面添加到具有中節(jié)點(diǎn)的單元上。(ANSYS提供了多種劃分必須忽略中節(jié)點(diǎn)的單元網(wǎng)格的方法)。(不建議)(建議)在非線性材料特性區(qū)域內(nèi)，二次單元并不比線性單元更有效。高效率建模方法-單元種類(續(xù))其它可供選擇的單元類型線性高效率建模方法-單元種類(續(xù))其它可供選擇的單元類型四邊形單元/三角形單元，塊單元/四面體單元:針對(duì)平面或者三維殼體分析模型而言，四邊形單元和三角形單元是有差別的，下表列出了這些差異。高效率建模方法-單元種類(續(xù))其它可供選擇的單元類型四邊高效率建模方法-單元種類(續(xù))其它可供選擇的單元類型四邊形單元/三角形單元，塊單元/四面體單元(續(xù)):

全部采用三角形單元網(wǎng)格的理由是相當(dāng)少的。給面進(jìn)行單元網(wǎng)格劃分的實(shí)質(zhì)問題是，你是否允許模型中存在一些三角形單元網(wǎng)格。實(shí)際上，各處存在三角形單元會(huì)相當(dāng)麻煩，但是應(yīng)當(dāng)仔細(xì)思考下列問題:如果采用更高階單元，三角形單元的計(jì)算精度接近于二次單元。所以，全部采用二次單元網(wǎng)格也是沒有什么理由的。如果你采用線性單元，三角形單元就十分糟糕-但是，不這樣會(huì)使四邊形單元網(wǎng)格扭曲。除了多數(shù)不重要的結(jié)構(gòu)外，任何四邊形單元網(wǎng)格(結(jié)構(gòu)的或者非結(jié)構(gòu)的)不得不包含部分形狀糟糕的三角形單元網(wǎng)格。所以，還是沒有理由全部采用四邊形單元。高效率建模方法-單元種類(續(xù))其它可供選擇的單元類型四邊高效率建模方法-單元種類(續(xù))其它可供選擇的單元類型四邊形單元/三角形單元，塊單元/四面體單元(續(xù)):對(duì)三維實(shí)體分析模型而言，塊單元和四面體單元是有差別的，下表列出了這些差異。高效率建模方法-單元種類(續(xù))其它可供選擇的單元類型四邊高效率建模方法-單元種類(續(xù))其它可供選擇的單元類型四邊形單元/三角形單元，塊單元/四面體單元(續(xù)): 建立三維實(shí)體模型需要作出下列選擇：使用四面體單元?jiǎng)澐志W(wǎng)格

采用簡便方法建立實(shí)體模型。

選用二次單元或者

p單元?；蛘呤褂脡K單元?jiǎng)澐謫卧W(wǎng)格選用塊單元網(wǎng)格建立實(shí)體模型。通常需要

花費(fèi)更多時(shí)間和精力。

劃分子區(qū)域

連接處理

延伸

采用任何塊單元。高效率建模方法-單元種類(續(xù))其它可供選擇的單元類型四邊高效率建模方法-單元種類(續(xù))其它可供選擇的單元類型四邊形單元/三角形單元，塊單元/