ANSYS常用单元.docx
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ANSYS常用单元.docx
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ANSYS常用单元
1.LINK1
1.1单元描述
LINK1单元在工程中有着广泛的应用,适用于系杆,连杆,弹簧等等。
作为单轴拉压单元,LINK1有两个单元节点,每个节点有节点X,Y两个方向自由度。
单元不适用于弯曲分析。
图:
LINK1二维系杆
1.2单元输入数据摘要
项目
符号
说明
单元名称
LINK1
二维系杆
节点
I,J
节点编号
自由度
UX,UY
实常数
AREA,ISTRN
材质属性
EX,ALPX,DENS,DAMP
面载荷
None
体载荷
T(I),T(J)
温度参数
FL(I),FL(J)
体影响参数
特殊特征
塑性,蠕变,膨胀,应力刚化,大变形,单元生与死
1.3单元输出数据摘要
单元输出数据有以下两种:
●所有求解节点的节点位移
●附加单元输出项,见单元输出说明表
图:
LINK1应力表示
名称
定义
输出文件
结果文件
EL
单元编号
Y
Y
NODES
单元节点编号I,J
Y
Y
MAT
单元材质变量
Y
Y
VOLU:
单元体积
-
Y
XC,YC
结果数据的位置
Y
2
TEMP
节点I,J的温度
Y
Y
FLUEN
节点I,J的体影响
Y
Y
MFORX
单元坐标系X方向力
Y
Y
SAXL
单元轴向应力
Y
Y
EPELAXL
单元轴向弹性应变
Y
Y
EPTHAXL
单元轴向热应变
Y
Y
EPINAXL
单元轴向预应变
Y
Y
SEPL
应力-应变曲线的等效应力
1
1
SRAT
屈服面实验应力与应力比率
1
1
EPEQ
等效塑性应变
1
1
HPRES
流体静力学压力
1
1
EPPLAXL
轴向塑性应变
1
1
EPCRAXL
轴向蠕变应变
1
1
EPSWAXL
轴向膨胀应变
1
1
1.4单元假设及单元限定
系杆单元假设为圆杆,轴向力加载在两端,单元为各向同性。
单元长度必须大于零,既节点I,J不允许重合。
系杆必须位于XY平面内,必须有一个面大于零。
温度假定沿着杆长方向线性变化。
单元位移功能指杆应力分布均匀。
在应力刚度矩阵累加时,预应力进行第一次累计。
1.5产品应用中的单元限定
当应用于下述情况中,除上述单元假设及限定外,还必须指定特别限定:
●阻尼材质属性不允许使用
●体影响载荷不适用
●仅允许的特殊特征是应力刚化材料和大变形
2.LINK8
2.1单元描述
LINK8单元在工程中有着广泛的应用,适用于系杆,垂索,连杆,弹簧等等。
作为三维系杆单元及单轴拉压单元,LINK1有两个单元节点,每个节点有三个自由度,包括节点X,Y,Z三向的位移。
单元不适用于弯曲分析。
单元有塑性,蠕变,膨胀,应力刚化,大变形等特性。
图:
LINK8三维系杆单元
2.2单元输入数据摘要
项目
符号
说明
单元名称
LINK8
三维系杆
节点
I,J
节点编号
自由度
UX,UY,UZ
实常数
AREA,ISTRN
材质属性
EX,ALPX,DENS,DAMP
面载荷
None
体载荷
T(I),T(J)
温度参数
FL(I),FL(J)
体影响参数
特殊特征
塑性,蠕变,膨胀,应力刚化,大变形,单元生与死
2.3单元输出数据摘要
单元输出数据有以下两种:
●所有求解节点的节点位移
●附加单元输出项,见单元输出说明表
图:
LINK8应力表示
名称
定义
输出文件
结果文件
EL
单元编号
Y
Y
NODES
单元节点编号I,J
Y
Y
MAT
单元材质变量
Y
Y
VOLU:
单元体积
-
Y
XC,YC,ZC
结果数据的位置
Y
2
TEMP
节点I,J的温度
Y
Y
FLUEN
节点I,J的体影响
Y
Y
MFORX
单元坐标系X方向力
Y
Y
SAXL
单元轴向应力
Y
Y
EPELAXL
单元轴向弹性应变
Y
Y
EPTHAXL
单元轴向热应变
Y
Y
EPINAXL
单元轴向预应变
Y
Y
SEPL
应力-应变曲线的等效应力
1
1
SRAT
屈服面实验应力与应力比率
1
1
EPEQ
等效塑性应变
1
1
HPRES
流体静力学压力
1
1
EPPLAXL
轴向塑性应变
1
1
EPCRAXL
轴向蠕变应变
1
1
EPSWAXL
轴向膨胀应变
1
1
2.4单元假设及单元限定
系杆单元假设为圆杆,轴向力加载在两端,单元为各向同性。
单元长度必须大于零,既节点I,J不允许重合。
系杆必须位于XY平面内,必须有一个面大于零。
温度假定沿着杆长方向线性变化。
单元位移功能指杆应力分布均匀。
在应力刚度矩阵累加时,预应力进行第一次累计。
2.5产品应用中的单元限定
当应用于下述情况中,除上述单元假设及限定外,还必须指定特别限定:
●阻尼材质属性不允许使用
●体影响载荷不适用
●仅允许的特殊特征是应力刚化材料和大变形
3.LINK10
3.1单元描述
LINK10为三维系杆单元,在单轴只受拉或只受压单元分析中,该单元具有双线性刚度矩阵的特性。
在只受拉情况下,如果单元转为受压(例如松弛的缆索或链)刚度会消失。
这个特性决定单元适用于模型完全为缆索类型的缆索分析。
单元也可以用于动力分析(惯量或阻尼效果)中有松弛单元但并不为主要单元的情况。
如果分析的目的是研究单元(非松弛单元)的位移,请不要使用该单元,可用LINK8或PIPE59单元代替。
该单元也不运用于已知是张紧结构的静态收敛分析,即使这些分析中可能有松弛条件,但最终的结果仍是收敛的。
假设采用LINK10分析这种结构,应采用“缓慢动态”技术进行,一般建议采用其他分析单元。
LINK10每个节点有三个自由度,包括节点X,Y,Z向的位移。
在仅受拉(缆索)或仅受压(间隙)分析中不包括弯曲刚度选项,但如果在每个LINK10单元上添加极小面积的梁单元,可以采用应力刚度和大应变选项。
图:
LINK10仅受拉-仅受压系杆
3.2单元输入数据摘要
项目
符号
说明
单元名称
LINK10
仅受拉-仅受压系杆
节点
I,J
节点编号
自由度
UX,UY,UZ
实常数
AREA,ISTRN(or每单位长度间隙设为负).IfISTRN小于零andKEYOPT(3)=0,缆索初始松弛.IfISTRN大于零andKEYOPT(3)=1,间隙初始打开.
材质属性
EX,ALPX,DENS,DAMP
面载荷
None
体载荷
T(I),T(J)
温度参数
特殊特征
非线性,应力刚化,大变形,单元生与死
参数定义
说明
KEYOPT
(2)=0
松弛缆索没有刚度
KEYOPT
(2)=1
松弛缆索沿纵向小刚度
KEYOPT
(2)=2
松弛缆索沿纵向、横向小刚度(仅适于应力钢化)
KEYOPT(3)=0
仅受拉(缆索)选项
KEYOPT(3)=1
仅受压(缆索)选项
3.3单元输出数据摘要
单元输出数据有以下两种:
●所有求解节点的节点位移
●附加单元输出项,见单元输出说明表
单元给出轴向力,轴向应力及应变,在缆索分析中仅给出正值,在间隙分析中则仅给出负值。
单元条件(张紧或松弛,压缩或空隙)由通用求解描述参数STAT.A在分析子步最后给出。
名称
定义
输出文件
结果文件
EL
单元编号
Y
Y
NODES
单元节点编号I,J
Y
Y
MAT
单元材质变量
Y
Y
VOLU:
单元体积
-
Y
XC,YC,ZC
结果数据的位置
Y
2
STAT
单元状态
1
1
TEMP
节点I,J的温度
Y
Y
MFORX
单元坐标系X方向力
Y
Y
SAXL
单元轴向应力
Y
Y
EPELAXL
单元轴向弹性应变
Y
Y
EPTHAXL
单元轴向热应变
Y
Y
EPINAXL
单元轴向预应变
Y
Y
3.4单元假设及单元限定
单元长度必须大于零,既节点I,J不允许重合。
系杆面积必须大于零。
温度假定沿着单元长度方向线性变化。
如果ISTRN=0.0,单元刚度项将包含在第一个子步中。
在间隙(仅压缩)选项中,单元坐标系统中从节点J到节点I的正轴向位移表示间隙开放。
单元求解过程如下:
第一个子步的起始单元条件由初始应变或间隙输入指定。
如果在缆索选项中值小于零或在间隙选项中值大于零,单元刚度在这个子步中将定义为零。
假设在这个子步最后STAT=2,单元刚度值或零值将在下一子步中使用。
假设STAT=1,单元刚度将包含在下一子步中。
在缆索选项中有负位移或在间隙选项中有正位移时,刚度将没有意义。
单元为非线性,需要进行迭代求解。
如果单元状态在某一子步中发生变化,变化效果将体现在下一子步中。
单元每一个子步都应收敛求解,保证单元平衡。
在第一次累加迭代中预应力也用于计算应力刚度矩阵。
应力钢化用于缆索问题以求解缆索稳定分析,在某些缆索问题中应力钢化和大变形分析常常同时使用。
3.5产品应用中的单元限定
当应用于下述情况中,除上述单元假设及限定外,还必须指定特别限定:
●阻尼材质属性不允许使用
●生与死特征不允许使用
4.BEAM3
4.1单元描述
BEAM3作为单轴单元,适用于拉伸、压缩和弯曲分析。
单元每个节点有三个自由度,节点X和Y方向的移动自由度和节点Z轴的转动自由度。
图:
2-D弹性梁单元
4.2单元输入数据摘要
项目
符号
说明
单元名称
BEAM3
二维弹性梁单元
节点
I,J
节点编号
自由度
UX,UY,ROTZ
实常数
AREA,IZZ,HEIGHT,SHEARZ,ISTRN,ADDMAS
材质属性
EX,ALPX,DENS,GXY,DAMP
面载荷
face1(I-J)
-Y法向
face2(I-J)
+X切向
face3(I)
+X轴向
face4(J)
-X轴向
体载荷
T1,T2,T3,T4
温度分析
特殊特征
应力刚化,大变形,单元生与死
参数定义
说明
KEYOPT(6)=0
力、力矩无输出项
KEYOPT(6)=1
单元坐标系统的力、力矩无输出项
KEYOPT(9)=N
在N中间位置输出(N=0,1,3,5,7,9)
KEYOPT(10)=0
根据长度单位进行载荷偏移
KEYOPT(10)=1
根据长度比率进行载荷偏移
4.3单元输出数据摘要
单元输出数据有以下两种:
●所有求解节点的节点位移
●附加单元输出项,见单元输出说明表
图:
BEAM3单元应力表示符号
名称
定义
输出文件
结果文件
EL
单元编号
Y
Y
NODES
单元节点编号I,J
Y
Y
MAT
单元材质变量
Y
Y
VOLU:
单元体积
N
Y
XC,YC
结果数据的位置
Y
3
TEMP
温度T1,T2,T3,T4
Y
Y
PRES
节点I,J的压力P1,P2,P3,P4及OFFST1/OFFST2
Y
Y
SDIR
轴向应力
1
1
SBYT
梁单元+Y侧的轴向应力
1
1
SBYB
梁单元-Y侧的轴向应力
1
1
SMAX
最大组合应力
1
1
SMIN
最小组合应力
1
1
EPELDIR
端部轴向弹性应变
1
1
EPELBYT
梁单元+Y侧弯曲弹性应变
1
1
EPELBYB
梁单元-Y侧弯曲弹性应变
1
1
EPTHDIR
端部轴向热应变
1
1
EPTHBYT
梁单元+Y侧弯曲热应变
1
1
EPTHBYB
梁单元-Y侧弯曲热应变
1
1
EPINAXL
单元初始轴向应变
1
1
MFOR(X,Y)
单元坐标系统X,Y方向的力
2
Y
MMOMZ
单元坐标系统绕Z轴力矩
2
Y
4.4单元假设及单元限定
梁单元适用于任何可计算转动惯量的代表截面。
应力大小由从中性轴到截面边缘的距离决定,这段距离相当于单元高度的一半。
单元高度仅用于弯曲和热应变计算。
热梯度应用的假设前提为沿着单元高度和长度方向线性变化。
梁单元的应用必须在X-Y平面内,单元长度或面积不能为零,在不使用大变形分析情况下,转动惯量必须设置为零。
4.5产品应用中的单元限定
当应用于下述情况中,除上述单元假设及限定外,还必须指定特别限定:
●不允许使用材质阻尼特性
●仅允许的特殊特征是应力刚化材料和大变形
5.BEAM23
5.1单元描述
BEAM23作为单轴单元,适用于拉伸、压缩和弯曲分析。
单元每个节点有三个自由度,节点X和Y方向的移动自由度和节点Z轴的转动自由度。
单元可用于塑性分析、蠕变分析和膨胀分析。
图:
BEAM232-D塑性梁单元
5.2单元输入数据摘要
项目
符号
说明
单元名称
BEAM23
二维塑性梁单元
节点
I,J
节点编号
自由度
UX,UY,ROTZ
实常数
AREA,IZZ,HEIGHTifKEYOPT(6)=0,orOUTERDIAMETER,WALLTHICKNESSifKEYOPT(6)=1,orOUTERDIAMETERifKEYOPT(6)=2,orHEIGHT,A(-50),A(-30),A(0),A(30),A(50),andSHEARZifKEYOPT(6)=4
材质属性
EX,ALPX,DENS,GXY,DAMP
面载荷
face1(I-J)
-Y法向
face2(I-J)
+X切向
face3(I)
+X轴向
face4(J)
-X轴向
体载荷
T1,T2,T3,T4
温度参数
FL1,FL2,FL3,FL4
体影响参数
特殊特征
塑性,蠕变,膨胀,应力刚化,大变形,大应变,单元生与死
参数定义
说明
KEYOPT
(2)=0
无剪切变形
KEYOPT
(2)=1
包括剪切变形
KEYOPT(4)=0
无力、力矩输出
KEYOPT(4)=1
单元坐标系统的力、力矩无输出项
KEYOPT(6)=0
矩形截面
KEYOPT(6)=1
薄壁管
KEYOPT(6)=2
圆实杆
KEYOPT(6)=4
一般截面
KEYOPT(10)=0
根据长度单位进行载荷偏移
KEYOPT(10)=1
根据长度比率进行载荷偏移
5.3单元输出数据摘要
单元输出数据有以下两种:
●所有求解节点的节点位移
●附加单元输出项,见单元输出说明表
图:
BEAM23输出特性
单元输出项包含如图九个位置的应力和应变,分别是沿着高度方向三个点和沿长度方向三个点。
名称
定义
输出文件
结果文件
EL
单元编号
Y
Y
NODES
单元节点编号I,J
Y
Y
MAT
单元材质变量
Y
Y
VOLU:
单元体积
-
Y
XC,YC
结果数据的位置
Y
3
TEMP
温度T1,T2,T3,T4
Y
Y
FLUEN
体影响FL1,FL2,FL3,FL4
Y
Y
S(MAX,MIN)
最大、最小轴向应力
-
Y
PRES
节点I,J的压力P1,P2及OFFST1/OFFST2,节点I的P3,节点J的P4
Y
Y
SAXL
轴向应力
1
1
EPELAXL
轴向弹性应变
1
1
EPTHAXL
轴向热应变
1
1
EPSWAXL
轴向膨胀应变
1
1
EPCRAXL
轴向蠕变应变
1
1
EPPLAXL
轴向塑性应变
1
1
SEPL
应力-应变曲线的等效应力
1
1
SRAT
屈服面实验应力与应力比率
1
1
EPEQ
等效塑性应变
1
1
HPRES
流体静力学压力
-
1
MFOR(X,Y)
单元坐标系统X,Y方向的力
2
Y
MMOMZ
单元坐标系统绕Z轴力矩
2
Y
5.4单元假设及单元限定
热梯度应用的假设前提为沿着单元高度和长度方向线性变化。
梁单元的应用必须在X-Y平面内,单元长度或面积不能为零。
单元高度用于计算弯曲应力和热应力。
对于矩形截面,输入的单元面积、转动惯量和高度相互之间应保持一致。
在指定集中质量矩阵指定条件下,质量矩阵的默认偏移值将忽略。
6.BEAM188
6.1单元描述
BEAM188单元适用于分析从细到粗的各种梁单元,单元分析基于Timoshenko梁理论,剪切变形在单元分析中也适用。
BEAM188单元是三维的二节点线性梁单元,每个节点拥有六到七个自由度,自由度的数量由KEYOPT
(1)的值决定。
当KEYOPT
(1)=0(默认)时,节点有六个自由度,分别为X,Y,Z的位移及绕X,Y,Z轴的旋转。
当KEYOPT
(1)=1时,扭曲变形为第七个自由度。
单元非常适用于线性分析,大旋转分析,大应变非线性分析等等。
BEAM188单元在NLGEOM命令打开情况下默认包括应力刚度参数,可用于流体分析,侧位移分析、扭转稳定分析等。
在SECTYPE,SECDATA,SECOFFSET,SECWRITE,andSECREAD等命令定义下,单元可适用于多种梁截面,可以支持弹性、蠕变、塑性等模型,如果单元截面不仅为一种材质,可进行截面组合分析。
从6.0版本开始,BEAM188单元取消任何实常数设置。
图:
BEAM188三维线性有限应变单元
6.2单元输入数据摘要
项目
符号
说明
单元名称
BEAM188
三维线性有限应变
节点
I,J,K
节点编号
自由度
UX,UY,UZ,ROTX,ROTY,ROTZifKEYOPT
(1)=0UX,UY,UZ,ROTX,ROTY,ROTZ,WARPifKEYOPT
(1)=1
截面控制
TXZ,TXY,ADDMAS
材质属性
EX,(PRXYorNUXY),ALPX,DENS,GXY,GYZ,GXZ,DAMP
面载荷
face1(I-J)(-z法向),face2(I-J)(-y法向),face3(I-J)(+x切向),face4(J)(+x轴向),face5(I)(-x向).IandJ指端部节点.
压力参数
体载荷
每节点T(0,0),T(1,0),T(0,1)
温度参数
特殊特征
塑性,黏弹性,黏塑性,蠕变,应力钢化,大变形,大应变,预应力,单元生与死,支持扭杆命令
参数定义
说明
KEYOPT
(1)=0
默认,六节点,无限制扭曲
KEYOPT
(1)=1
七节点(包括扭曲),双力矩双曲率输出
KEYOPT
(2)=0
默认,横截面可按轴向伸展功能缩放
KEYOPT
(2)=1
截面假定为钢化(古典梁理论)
KEYOPT(4)=0
默认,仅输出扭曲剪应力
KEYOPT(4)=1
仅输出相对屈曲横剪力
KEYOPT(4)=2
输出以上两种状态
KEYOPT(6)=0
默认,输出截面力、应变和弯矩
KEYOPT(6)=1
输出截面力、应变、弯矩及当前截面面积
KEYOPT(6)=2
输出截面力、应变、弯矩、当前截面面积及单元基本方向(X,Y,Z)
KEYOPT(6)=3
输出外推到节点的截面力/力矩和应力/曲率
KEYOPT(7)=0
默认,无
KEYOPT(7)=1
最大、最小应力/应变
KEYOPT(7)=2
最大、最小应力/应变及每一截面点的应力/应变
KEYOPT(8)=0
默认,无
KEYOPT(8)=1
最大、最小应力/应变
KEYOPT(8)=2
最大、最小应力/应变及沿横截面边界的应力/应变
KEYOPT(8)=3
最大、最小应力/应变及每一截面点的应力/应变
KEYOPT(9)=0
默认,无
KEYOPT(9)=1
最大、最小应力/应变
KEYOPT(9)=2
最大、最小应力/应变及沿横截面边界的应力/应变
KEYOPT(9)=3
最大、最小应力/应变及每一截面点的应力/应变
KEYOPT(10)=0
无用户子程序提供预应力(默认)
KEYOPT(10)=1
从用户子程序读取预应力(默认)
6.3单元输出数据摘要
单元输出数据有以下两种:
●所有求解节点的节点位移及反力
●附加单元输出项,见单元输出说明表
名称
定义
输出文件
结果文件
EL
单元编号
Y
Y
NODES
单元连通性
Y
Y
MAT
单元材质变量
Y
Y
C.G.:
X,Y,Z
重力中心位置
Y
Y
AREA
截面面积
1
Y
SF:
Y,Z
截面剪力
1
Y
SE:
Y,Z
截面剪应变
1
Y
S:
XX,XZ,XY
截面点应力
2
Y
E:
XX,XZ,XY
截面点应变
2
Y
TQ
扭矩
Y
Y
TE
扭应变
Y
Y
KY,KZ
弯曲曲率
Y
Y
EX
轴向应变
Y
Y
FX
轴向应力
Y
Y
MY,MZ
弯矩
Y
Y
BM
双向弯矩
3
3
BK
双向曲率
3
3
6.4横剪力的输出
BEAM188梁单元公式基于三个应力组成:
一个轴向应力和两个剪切应力。
剪切应力由扭转和横断载荷引起。
单元公式基于第一剪切变形理论,既所说的Timoshenko梁单元理论。
在单元截面上横剪切应变是一个常量,因此通过横剪切载荷可以确定剪切能量。
为满足分析目的,剪切力可通过沿单元截面的预定义剪切应力分布系数进行重新分配。
在默认情况下,ANSYS仅输出由扭转载荷引起的剪切应力。
可以通过指定KEYOPT(4)的值来加载计算由屈曲或横向载荷引起的剪切应力。
横向剪切分布的精度直接取决于模型截面网格密度,而模型截面则决定于模型扭曲、剪切中心及截面几何性质。
默认情况下,ANSYS通过模型截面网格密度控制精确的参数包括扭转刚度、弯曲刚度、惯量、剪切中心等等。
默认的网格密度适用于非线性分析,如果要精确捕捉横加载荷引起的剪切应力分布情况,则应进行必要的网格细化。
注意在线性分析条件下,通过网格细化并不会增加计算量。
横向剪切分布计算忽略了Poisson率,Poisson率会影响剪切修正因子及剪切应力分布。
6.5单元假设及单元限定
单元长度不能为零。
默认KEYOPT
(1)=0情况下,弯曲抑制效果被忽略。
坏的或折叠的横截面将不参加计算。
在土木工程中,使用单轴单元来模拟多层框架结构中的某层是非常普遍的。
作为
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- ANSYS 常用 单元