ANSYS中的表面效应单元.docx
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ANSYS中的表面效应单元.docx
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ANSYS中的表面效应单元
ANSYS中的表面效应单元
使用表面效应单元施加载荷
*有时,可能需要施加所使用单元不支持的表面载荷,例如:
可能需要在实体
结构单兀上施加沿表面切向或任何方向的均布载何;
在热实体单元的表面上同时
施加热流载荷和对流载荷,或者施加指定的辐射,等<
。
在这种情况,可以用表面
效应单元覆盖需要施加载荷的表面并使用它们作为一个管道以施加所需的载荷。
*目前可以使用的表面效应单元:
对二维问题:
SURF151和SURF153;对三维问题:
SURF152和SURF154。
*怎样施加如下的压力荷载:
-像剪切荷载一样与表面相切的荷载?
-像螺栓荷载一样在表面上变化的荷载?
-像屋顶上冰载荷一样与面成一定角度的载荷?
-像水压一样的非均布压力载荷?
*表面效应单元为处理这些问题提供了有效的方法。
表面效应单元的特点:
*像“皮肤”一样覆盖在网格表面
*如同面载荷的管道
*很容易创建,一般操作过程如下:
-选择感兴趣表面上的节点;
-激活恰当的单元类型;
-执行ESURF(或Preprocessor>Create>Elements>SurfEffect>
GenerlSurf>NoExtra…);
-选择所有节点,定义SURF单元。
对2-D和3-D模型都有用:
-SURF151&153是线单元(热和结构的),表示2-D模型的边界线
-SURF152&154是面单元(热和结构的),表示3-D模型的边界面
本节只讨论SURF154,其它单元可同样处理
SURF154单元,详见参考手册中的描述
*SURF154使用不同的单元面号来接受不同类型的载荷。
*面号在“ApplyPRESonelems”对话框中:
Solution>DifineLoads>Apply>Pressures>OnElements,如下
所示。
或在SFE命令的LKEY范围内:
SFE,ELEM,LKEY,PRES,,VAL1,VAL2,VAL3,VAL4
假设给一组SURF154单元施加幅值为1000的压力,它的方向取决于使
用了单元的那一个面。
其中:
-法线方向的压力。
-正值作用到单元里(沿着单元坐标-Z的方向)。
-例如:
sfe,all,1,pres,,1000(选定所要的单元之后)
面2和3:
-切向压力,分别沿着单元坐标X和丫
-例如:
sfe,eflat,3,pres,,1000sfe,eslope,2,pres,,1000
(eflat和eslope是由单元构成的Component)
面4:
*法向压力,渐变压力:
压力数值=P1+XgP2+YgP3+ZgP4
-P1-P4被列入VAL1-VAL4(SFE命令)
-Xg,Yg,Zg是单元积分点的笛卡尔坐标.
-P2,P3,P4分别是总体坐标中的斜率,若留空白缺省为P1
正值作用到单元里(沿单元坐标-Z的方向)
V片
「丄,Xg=D_
Xg
*例如,施加一沿X方向、大小从200至V1000的渐变压力,作用范围
在X轴上的-2到+2
-斜率P2=(1000-200)/4=200;P3=0;P4=0
-P1是在Xg=0处的值,按P仁2(200)+200=600计算
sfe,eflat,4,pres,,600,200,0,0
5:
指定方向的面载荷
P1-数值的压力矢量。
P2Xg+P3Yg+P4Zg
方向=
P2,P3,P4-现在代表矢量的方向余弦,对数值无影响。
例如:
sfe,eflat,5,pres,,1000,-1,-1,0
定义了X-Y面内45度方向的压力。
压力矢量的幅值也依赖KEY0PT(11)
KEYOPT(11)=0(缺省)和1给单元的突出面施加压力
对螺钉荷载有用(或销钉荷载)。
例如:
sfe,ecurv,5,pres,,1000,0,-1,0
在曲面上定义了一个螺栓荷载。
如下图位置1轮廓线所示
-KEY0PT(11)=2对整个面施加压力
对斜面有用(如屋顶)或风载荷。
如:
sfe,eslope,5,pres,,1000,0,-1,0
对整个斜面定义了完全相同的压力。
如下图所示:
其他表面效应单元的应用:
实体单元的扭矩
-借助修改的单元坐标系施加切向荷载。
对轴和螺钉问题非常适用
热描述(SURF151&152)有许多内容,包括:
-传输到一维管道单元FLUID116的热量。
-通过一个面的热量损失的简便计算。
-辐射。
表面效应单元例题1:
-在斜面上施加指定方向的载荷
SURF154:
-创建有限元模型时,应同时定义单元类型
然后选中surf154单元,设置相关的选项:
SURF154单元及其单元坐标系:
单元坐标系的x轴从节点I到节点J;节点K与节点I、J一起构成单
元坐标系的XY平面,然后由右手定则确定Z轴:
-所用的模型如下,在其中某个表面上施加压力载荷。
以下说明对单元选项的
不同设置所产生的表面压力:
■VOLUHES
TfPEUUK
-使用solid95单元,对实体划分网格。
为了使用MAP万式划分网格,先将整个体切分为3个六面体:
设置单元长度为20:
-以map方式划分网格:
TTrnmrwiT
gjWC^mvuuit*
1111^1riijtlFtopx
MS*et16U
MeshVollirnes
E)in<1
i^rBEisnrjttributC3
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a«ttrj■IBletIeshF・m・Et&GfiIsah
EtiaiifyIt^^k
-创建表面效应单元:
先选择表面A6:
Select>Area>点取A6>OK
IA
Fal*伞】MbLsftElnwFlc-.tLltLbF-bkFLmb^UM-alarp:
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-然后选择附着在这些面上的节点:
Select>Nodes>Attachedto>Areas,all>Apply
-绘制所选择的节点:
冷Efir?
电圧
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EBaterlaLPr«psESsctions
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z_ohrtJiibri
Iljticicfmed
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ESisaCnirJs二■osliiorOptgElCancatanLarteEHeisli
-由节点生成表面效应单元,可以使用PickAll选项:
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兰)SpntVi?
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iMirk,tn吃
•注意,如果生成表面效应单元时出现如下错误信息,贝!
需要选择覆着在所选节点上的单元,才能生成表面效应单元:
|
rj
1对于surf154单元的不同选项,压力方向是不一样的。
首先将压力坐标系设为单元坐标系,看压力方向什么样:
Ldd/Edit/reVA
r«pxotoesat
l-i施丄电・q覓ttypip]
^rlri-h
3AililDOB!
3fteauveDOFs
5ELc>TschCoi^tEKealConstantsEflatoriniFrepaLIfveta?
nc
(£]Wioliii-ELlf
ElCheckineCtjIsElVunlverj.n^C~trlBArchivEHodel田£口upliKiig/4JGqnEl■uJHa—t'xald.Sot匡ILoslAs
lyffhyrics
It]PaThiOperatdon?
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CeneEalFosipT*Ti■■a^V■■4N^3^■Bifiiiii■■■;
ESUl?
E1b4
11mfcr51115154,KLeumt
red対
_TL_1IJ1-
英乩eppL:
liUltL
11?
^s-fihrdSIqji^LlIIyvsc;
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IsctfriDrhiltp:
亡二彳lcjd?
-"icj.ftfr-tnicn^atlMl
IS/-iIMih:
tr-rt!
L吐上HJ-.I.
il1!
^rarrfcftltbit
surf154单元的单元坐标系:
-然后先选择并显示表面效应单元,再在表面效应单元上施加不同的压力,在
如下选择框中点击PickAll
俪莅忙nnr™
?
inr
ApplyF*KKS
ju*via
閏Pivtifitfuc^K田PirprDcrasiirSIon
M>P17
BSiriiGiuEal
FL'riitr~T!
rInweiit
UnLuiex詞OnAz郭Oji■odes
-^HJirnETeBeiit^Gfri.roa
BFro»JIwliIAna17护OnOoun
EToiMpDEQ^iaralimitlit
|PrH Smrlmi IGruFUrn®1Stmin.田Dthifir ffiFieldiQliiBcrIntrEIuit: ialCaxidxt9ei Max[比皿 HLlLljjUXL -选择不同的LoadKey,可以施加不同方向的载荷。 当压力坐标系为单元坐标系时: 1--z)单元表面的法线方向;2-+x)切线方向;3-+y)切线方向; 4-(-z)法线方向,线性变化;5-指定矢量方向: -压力坐标系为单元坐标系时,不同的LoadKey对应的载荷方向: 为了让压力坐标系使用局部坐标系,需要先修改受载单元的单元坐标系为对应 的局部坐标系,操作如下: 严MoniEymeacmtzAddLliLNodes BKtavwVLdKtft 产^hallVenalfl BOrLontNartaal 3Tr-ans£ez CTR.HVLMWKillB-ulu[+|C«pJ LdRdfldo七 2将压力坐标系设为局部坐标系,看压力方向什么样: 比PWfdWSL亡奇才 EAdJM»F ER.eHO7>£DOF3 A F MSURF154eleueiiLLLuuti £Isla■-lochCnntr IDKo&lCcmiartante |gK> ial.Props LHSerTions S1odelins 0■居醫binx 0ChcckinfCtrIs HNmbaruB^Ctris [±|ArchitoBo£lo1 |=jC^upLin^/即4 |±)Iulti-flMtiSittIT |? 1Losiil^ HPhysics APathOperat 叵Sc^lutXDB 匡G^nersXPos^prac Iip~fiwdFlpnwt丁vipxf Adda八 [纭1^4C •■■n-ri"iniffs「护JM■“1: r UsejfiijioL一二pressloidLsIS tisf^rtiumloadsid酋re制IT tfli3JKF1飙Jfil»Tintl? pfKfff.%2 Flc^i^p;tcrcrL-ar^on tr»? .WfJ. "f僭兰上CowdiLeEiTedpvea 壷菱日1;即宅d^ilh Cl-350 Kolp -然后在表面效应单元上施加不同的压力,先显示表面效应单元,然后点击Pick All: JJHSTSNumJlrrpj ApplyPKES stPiwfvEvartfg QFt«|>iureirsnr曰SaliHmri FpAimlLtRJi)the Loads /E^lpplr JDSiructuraLJ Tlf4知 |^V■spJ-aErcra.fTnt Bl"nrr: ! ■/IanMi*in,l' ! ^nLuies ! 0nIreaz OnM 顏,,叭.u~H■i.LjJjJ..「■削 E s □ '(]nKIw«elit HFr-oiFluidAnalr OnBohkdIo>paiQtar Pffitnan'ftflc-tn&BTHPlmeStmin[Hlmr BFitidTolvwcIntF田TcuLtialCon UCLhfELt &3ingle3azr ''PpLirgoirt『,-,, -此处修改各表面效应单元的坐标系为与总体直角坐标系平行的坐标系(不 能直接使用总体直角坐标系)。 为此需要先创建一个与总体直角坐标系平行的局 再将需要施加压力载荷的表面效应单元的坐标系转换为该局部坐标系: -选择不同的LoadKey,可以施加不同方向的载荷。 当压力坐标系为局部坐标 系时: LoadKey=1,2,3时压力方向与局部坐标系的坐标轴方向一致;4-仍是 单元表面的(-z)法线方向,线性变化;5-指定矢量方向: -压力坐标系为局部坐标系11(平行总体直角坐标系)时,不同的Load Key对应的载荷方向:
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