SHELL93单元中文说明.docx
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SHELL93单元中文说明.docx
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SHELL93单元中文说明
Release10.0DocumentationforANSYS
SHELL93
8-NodeStructuralShell
8节点结构壳单元
SHELL93ElementDescription
SHELL93单元描述
SHELL93isparticularlywellsuitedtomodelcurvedshells.Theelementhassixdegreesoffreedomateachnode:
translationsinthenodalx,y,andzdirectionsandrotationsaboutthenodalx,y,andz-axes.Thedeformationshapesarequadraticinbothin-planedirections.Theelementhasplasticity,stressstiffening,largedeflection,andlargestraincapabilities.SeeSHELL93intheANSYS,Inc.TheoryReferenceformoredetailsaboutthiselement.
SHELL93单元特别适合于曲壳模型。
本单元的每个节点都具有6个自由度:
沿节点坐标系X、Y、Z方向的平动和沿节点坐标系X、Y、Z轴的转动。
变形在平面内两个方向上都是二次的。
单元具有塑性、应力刚化、大变形以及大应变的能力。
关于本单元更详细的信息见《ANSYS理论参考》(ANSYS,Inc.TheoryReference)
Figure 93.1 SHELL93Geometry
xIJ=Elementx-axisifESYSisnotsupplied.如果无ESYS则xIJ为单元X轴
x=Elementx-axisifESYSissupplied.如果有ESYS则为单元X轴
SHELL93InputData
SHELL93输入数据
Thegeometry,nodelocations,andthecoordinatesystemforthiselementareshowninFigure93.1:
"SHELL93Geometry".Theelementisdefinedbyeightnodes,fourthicknesses,andtheorthotropicmaterialproperties.Midsidenodesmaynotberemovedfromthiselement.SeeQuadraticElements(MidsideNodes)intheANSYSModelingandMeshingGuideforadditionalinformationabouttheuseofmidsidenodes.Atriangular-shapedelementmaybeformedbydefiningthesamenodenumberfornodesK,LandO.
单元SHELL93的几何形状、节点位置及坐标系如图93.1所示,单元定义需要八个节点、四个厚度及正交各向异性材料特性。
中间节点不能脱离单元。
关于中间节点用法的更多信息见《ANSYS建模及分网指南》(ANSYSModelingandMeshingGuide)的二次单元(QuadraticElements-MidsideNodes)章节。
当节点K、L、O的节点号定义为相同时,四边形单元即可退化成三角形单元。
Orthotropicmaterialdirectionscorrespondtotheelementcoordinatedirections.TheelementcoordinatesystemorientationisasdescribedinCoordinateSystems.Theelementxandy-axesareintheplaneoftheelement.Thex-axismayberotatedanangleTHETA(indegrees)towardthey-axis.
正交各向异性的材料特性的方向与单元坐标系一致,单元坐标系方向的描述见CoordinateSystems章节。
单元的X、Y轴位于单元平面内,X轴可以绕Y轴转动一个角度THETA(度数)。
Theelementmayhavevariablethickness.Thethicknessisassumedtovarysmoothlyovertheareaoftheelement,withthethicknessinputatthecornernodes.Thethicknessatthemidsidenodesistakenastheaverageofthecorrespondingcornernodes.Iftheelementhasaconstantthickness,onlyTK(I)needbeinput.Ifthethicknessisnotconstant,allfourthicknessesmustbeinput.Ifthetotalthicknessofanyshellelementisgreaterthantwicetheradiusofcurvature,ANSYSissuesanerror.Ifthetotalthicknessisgreaterthanone-fifthbutlessthantwicetheradiusofcurvature,ANSYSissuesawarning.ADMSUAistheaddedmassperunitarea.
本单元可以变厚度。
输入几个角节点的厚度后,单元厚度可以被认为沿整个单元面平滑变化。
中间节点处的厚度取相邻角节点厚度的均值。
如果单元等厚度,此时仅需输入TK(I)即可;如果单元变厚,则四个厚度必须全部给定。
当任意一个壳单元的总厚度大于曲率半径的两倍时,ANSYS将发出一个错误信息;当总厚度小于两倍但大于1/5曲率半径时,ANSYS将发出一个警告信息。
ADMSUA为单位面积上的附加质量。
ElementloadsaredescribedinNodeandElementLoads.PressuresmaybeinputassurfaceloadsontheelementfacesasshownbythecirclednumbersonFigure93.1:
"SHELL93Geometry".Positivepressuresactintotheelement.Edgepressuresareinputasforceperunitlength.Temperaturesmaybeinputaselementbodyloadsatthe"corner"locations(1-8)showninFigure93.1:
"SHELL93Geometry".ThefirstcornertemperatureT1defaultstoTUNIF.Ifallothertemperaturesareunspecified,theydefaulttoT1.IfonlyT1andT2areinput,T1isusedforT1,T2,T3,andT4,whileT2(asinput)isusedforT5,T6,T7,andT8.Foranyotherinputpattern,unspecifiedtemperaturesdefaulttoTUNIF.Onlythelumpedmassmatrixisavailable.
单元的荷载描述见NodeandElementLoads(节点荷载和单元荷载)部分。
压力可以作为表面荷载,按照上图显示的以圆圈内数字表示的单元表面输入。
荷载以单元受压为正。
边界压力输入值为单位长度上的力。
温度可以作为单元的体积力作用在单元的(1~8)“角点”——伪节点上,第一个角点温度T1默认为TUNIF,如果所有其它角点的温度均未指定,则默认为T1,如果只有指定T1和T2,T1代表T1,T2,T3,T4;T2代表T5,T6,T7,T8,如有其他输入格式,未指定的温度均默认为TUNIF。
只有集中质量矩阵是可用的。
KEYOPT(8)=2isusedtostoremidsurfaceresultsintheresultsfileforsingleormulti-layershellelements.IfyouuseSHELL,MID,youwillseethesecalculatedvalues,ratherthantheaverageoftheTOPandBOTTOMresults.Youshouldusethisoptiontoaccessthesecorrectmidsurfaceresults(membraneresults)forthoseanalyseswhereaveragingTOPandBOTTOMresultsisinappropriate;examplesincludemidsurfacestressesandstrainswithnonlinearmaterialbehavior,andmidsurfaceresultsaftermodecombinationsthatinvolvesquaringoperationssuchasinspectrumanalyses.
KEYOPT(8)=2被用来指示在结果文件中存储单层或多层壳单元的中面结果。
如果使用SHELL,MID,将会看到计算后的数值,比求顶面和底面结果的平均值更方便。
应当使用此配置用来存取这些当前的中面结果(薄膜结果),因为在有些场合求顶面和底面结果的平均值是不适当的,比如非线性材料状态下的中面应力和应变,以及谱分析中涉及平方操作的模态组合后的中面结果等。
Asummaryoftheelementinputisgivenin"SHELL93InputSummary".Ageneraldescriptionofelementinputisgivenin"SHELL93InputSummary".
单元输入摘要见下面的InputSummary(输入摘要),单元输入的一般性描述见ElementInput(单元输入)。
SHELL93InputSummary
SHELL93输入摘要
Nodes节点
I,J,K,L,M,N,O,P
DegreesofFreedom自由度
UX,UY,UZ,ROTX,ROTY,ROTZ
RealConstants
TK(I),TK(J),TK(K),TK(L),THETA,ADMSUA
SeeTable93.1:
"SHELL93RealConstants"foradescriptionoftherealconstants.
MaterialProperties材料属性
EX,EY,EZ,ALPX,ALPY,ALPZ(orCTEX,CTEY,CTEZorTHSX,THSY,THSZ),(PRXY,PRYZ,PRXZorNUXY,NUYZ,NUXZ),DENS,GXY,GYZ,GXZ,DAMP
SurfaceLoads面荷载
Pressures -- 压力
face1(I-J-K-L)(bottom,in+Zdirection),face2(I-J-K-L)(top,in-Zdirection),face3(J-I),face4(K-J),face5(L-K),face6(I-L)
BodyLoads体荷载
Temperature -- 温度
T1,T2,T3,T4,T5,T6,T7,T8
SpecialFeatures特殊特性
Plasticity塑性
Stressstiffening应力刚化
Largedeflection大变形
Largestrain大应变
Birthanddeath单元生死
Adaptivedescent适应性下降
Swelling膨胀
KEYOPT(4)(只能为0)
Elementcoordinatesystemdefinedby:
单元坐标系统的定义由
0 --
Nousersubroutinetodefineelementcoordinatesystem
无用户子程序定义单元坐标系
4 --
Elementx-axislocatedbyusersubroutineUSERAN
Note
SeetheGuidetoANSYSUserProgrammableFeaturesmoreinformationonuserwrittensubroutines
注:
用户子程序详见ANSYSGuidetoUserProgrammableFeatures
KEYOPT(5)
Extrastressoutput:
额外应力输出:
0 --
Basicelementprintout基本单元输出
1 --
Repeatbasicsolutionforallintegrationpointsandtop,middleandbottomsurfaces为所有的积分点和顶面、中面、底面重复求解
2 --
Nodalstressprintout节点应力输出
KEYOPT(6)
Nonlinearintegrationpointoutput:
非线性积分点输出
0 --
Basicelementprintout基本单元输出
1 --
Nonlinearintegrationpointprintout非线性积分点输出
KEYOPT(8)
Specifydatastorage:
指定数据存储
0 --
StoredataforTOPandBOTTOMsurfaces保存顶面和底面数据
2 --
StoredataforTOP,BOTTOM,andMIDsurfaces.保存顶面和底面和中面数据
Table 93.1 SHELL93RealConstants实常数
No.
Name
Description
1
TK(I)
ShellthicknessatnodeI
2
TK(J)
ShellthicknessatnodeJ
3
TK(K)
ShellthicknessatnodeK
4
TK(L)
ShellthicknessatnodeL
5
THETA
ElementX-axisrotation
6
ADMSUA
Addedmass/unitarea
SHELL93OutputData
SHELL93输出数据
Thesolutionoutputassociatedwiththeelementisintwoforms:
与单元有关的结果输出有两种形式
∙Nodaldisplacementsincludedintheoverallnodalsolution
∙所有节点的位移。
∙AdditionalelementoutputasshowninTable93.2:
"SHELL93ElementOutputDefinitions"
∙更多的单元输出,见单元输出定义。
SeveralitemsareillustratedinFigure93.2:
"SHELL93StressOutput".Printoutincludesthemomentsaboutthexface(MX),themomentsabouttheyface(MY),andthetwistingmoment(MXY).Themomentsarecalculatedperunitlengthintheelementcoordinatesystem.Theelementstressdirectionsandforceresultants(NX,MX,TX,etc.)areparalleltotheelementcoordinatesystem.ThebasicelementprintoutisgivenatthecenterofthetopoffaceIJKL,theelementcentroid,andatthecenterofthebottomoffaceIJKL.AgeneraldescriptionofsolutionoutputisgiveninSolutionOutput.SeetheANSYSBasicAnalysisGuideforwaystoviewresults.
在图93.2中显示了几个应力输出项。
输出包括X面(MX)的弯矩、Y面(MY)的弯矩、和扭矩(MXY)。
弯矩为单元坐标系内单位长度上计算所得。
单元应力方向和弯矩均在单元坐标系统中给出。
基本的单元输出给出IJKL面的顶面中心点、质心以及IJKL面的底面中心点的相关结果,关于求解输出的总的描述见结果输出SolutionOutput节。
查看结果的方式参见基本分析指南ANSYSBasicAnalysisGuide。
Figure 93.2 SHELL93StressOutput
xIJ=Elementx-axisifESYSisnotsupplied.
x=Elementx-axisifESYSissupplied.
TheElementOutputDefinitionstableusesthefollowingnotation:
单元输出定义表使用如下标记:
Acolon(:
)intheNamecolumnindicatestheitemcanbeaccessedbytheComponentNamemethod[ETABLE,ESOL].TheOcolumnindicatestheavailabilityoftheitemsinthefileJobname.OUT.TheRcolumnindicatestheavailabilityoftheitemsintheresultsfile.
name列表示该项目可以通过构成名字的方法来获得[ETABLE,ESOL]。
第O列表示该项有效的说明在文件Jobname.OUT中。
R列表示该项的结果显示在results文件中。
IneithertheOorRcolumns,Yindicatesthattheitemisalwaysavailable,anumberreferstoatablefootnotethatdescribeswhentheitemisconditionallyavailable,anda-indicatesthattheitemisnotavailable.
无论在0还是R列中,Y表示该项一直是可用的。
数值表示描述哪里该项是选择性提供的脚注,-表示该项不提供。
Table 93.2 SHELL93ElementOutputDefinitions单元输出定义
Name
Definition
O
R
EL
Elementnumberandname单元号
Y
Y
NODES
Nodes-I,J,K,L,M,N,O,P节点-I,J,K,L
Y
Y
MAT
Materialnumber材料号
Y
Y
THICK
Averagethickness平均厚度
Y
Y
VOLU:
Volume体积
Y
Y
XC,YC,ZC
Locationwhereresultsarereported结果输出点位置
Y
3
PRES
PressuresP1atnodesI,J,K,L;P2atI,J,K,L;P3atJ,I;P4atK,J;P5atL,K;P6atI,L
在节点I,J,K,L;P2在I,J,K,L;P3在J,I;P4在K,J;P5在L,K;P6在I,L
Y
Y
TEMP
T1,T2,T3,T4,T5,T6,T7,T8
温度T1,T2,T3,T4,T5,T6,T7,T8
Y
Y
LOC
TOP,MID,BOT,orintegrationpointlocation
上表面,中面,or下表面or积分点位置
1
1
S:
X,Y,Z,XY,YZ,XZ
Stresses应力
1
1
S:
1,2,3
Principalstress主应力
1
1
S:
INT
Stressintensity应力强度
1
1
S:
EQV
Equivalentstress等效应力
1
1
EPEL:
X,Y,Z,XY,YZ,XZ
Elasticstrains等效应变
1
1
EPEL:
1,2,3
Principalstress主应力
1
1
EPEL:
EQV
Equivalentelasticstrain[4]等效弹性应变
-
1
EPTH:
X,Y,Z,XY,YZ,XZ
Averagethermalstrain平均热应变
Y
Y
EPTH:
EQV
Equivale
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