高效率建模方法--单元种类

•L •K
•O
•P
•Y
•(or Axial)
•I
•N
•M •J
•X (or Radial)
•June 3, 1996
•K,L,O
•P •N
•I
•M
•J
•Triangular Option
高效率建模方法 - 单元种类(续)
•主要单元类型举例
– 平面应力 假定在Z方向上的应力为零 ，主要有以下特点：
当Z方向上的几何尺寸远远小于X 和Y方向上的尺寸才有效。 所有的载荷均作用在XY平面内。 在Z方向上存在应变。 运动只在XY平面内发生。 允许具有任意厚度 (Z方向上) 。
对称轴必须和整体 Y 轴重合。
不允许有负 X 坐标。
Y 方向是轴向，X方向是径向， Z 方向是周向 (hoop) 。
周向位移是零；周向应变和应力十 分明显。
只能承受轴向载荷（所有载荷）。
•Hoop
•June 3, 1996
高效率建模方法 - 单元种类(续)
•主要单元类型举例
– 谐单元 将轴对称结构承受的非 轴对称载荷分解成傅立叶级数 。傅立叶级数的每一部分独立 进行求解，然后根据再合并到 一起。
高效率建模方法--单元种 类
2020年8月1日星期六
高效率建模方法 - 单元种类(续)
•在单元手册(资料或在线帮助)中，ANSYS单元库有100多种单元类型，其中许 多单元具有好几种可选择特性来胜任不同的功能。你要做的工作就是将单元的 选择范围缩小到少数几个单元上。
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•具体单元名称 •单元图示
– Spar (杆)单元是用于弹簧，螺杆， 预应力螺杆和薄膜桁架等模型。
– Spring 单元是用于弹簧，螺杆， 或细长构件，或 通过刚度等效替 代复杂结构等模型。
•June 3, 1996
高效率建模方法 - 单元种类(续)
•主要单元类型举例
•准则
• 壳单元:
– Shell (壳)单元用于薄面板 或曲面模型。
•
壳单元分析应用的基本
原则是每块面板的主尺寸不
低于其厚度的10倍。
•June 3, 1996
高效率建模方法 - 单元种类(续)
•主要单元类型举例
• X-Y 平面单元: • 在整体笛卡尔X-Y平面内（模型必须建在此面内），有几种类型 的ANSYS单元可以选用。其中任何一种单元类型只允许有平面应力 、平面应变 、轴对称、和/或者谐结构特性。 平面应力或应变:
•
谐单元较常用于单一受扭
或受弯的分析求解，其中受扭
和受弯对应于傅立叶级数的第1
和第2项。这种简化处理本身不
具有任何近似性！
•L
•P •y
•O •K •N
•I •x •M •J
•单元坐标系 (显示的是 KEYOPT(1)=0情形)
•K,L,O
•P •N
•I
•M
•J
•Triangular Option
•Y •(Axial)
• 对于复杂结构，应当考虑建立两个或者更多的不同复杂程度 的模型。你可以建立简单模型，对结构承载状态或采用不同 分析选项作实验性探讨。
•June 3, 1996
高效率建模方法 - 单元种类(续)
•主要单元类型举例
• 线单元: – Beam(梁)单元是用于螺栓(杆)，薄 壁管件，C形截面构件，角钢或者 狭长薄膜构件(只有膜应力和弯应 力的情况)等模型。
•平面应变分析是用于分析那种一个方 向的尺寸（指定为总体Z方向）远远大 于其它两个方向的尺寸，并且垂直于Z 轴的横截面是不变的。
•June 3, 1996
高效率建模方法 - 单元种类(续)
•主要单元类型举例
– 轴对称 假定三维实体模型是由XY面内 的横截面绕Y轴旋转360o 形成的（管 ，锥体，圆板, 圆顶盖，圆盘等）。
•平面应力 分析是用来分析诸如承 受面内载荷的平板、承受压力或远 离中心载荷的薄圆盘等结构。
•June 3, 1996
高效率建模方法 - 单元种类(续)
•主要单元类型举例
– 平面应变 假定在Z方向的应变为零， 主要具有以下特点：
当Z方向上的几何尺寸远远大于X 和Y方向上的尺寸才有效。 所有的载荷均作用在XY平面内。 在Z方向上存在应力。 运动只在XY平面内发生。
•谐单元还可以用于实际当中的任意循环分布载荷，这可能需要分解成50-100 项傅立叶级数才能得到满意的结果。
•June 3, 1996
高效率建模方法 - 单元种类(续)
•主要单元类型举例
•L
• 三维实体单元:
– 用于那些由于几何、材料 、载荷或分析结果要求考 虑的细节等原因造成无法 采用更简单单元进行建模 的结构。
•Y •Z
•X •I
•R •P
•Q
•O
•K
•N •M
•J
– 四面体模型使用CAD建模 往往比使用专业的FEA分 析建模更容易，也偶尔得 到使用。
•Tetrahedron mesh
•June 3, 1996
•Brick mesh
高效率建模方法 - 单元种类(续)
•主要单元类型举例
• 专用单元: – 专用单元 包括接触单元 - 用于构件 间存在接触面的结构建模，如涡轮 盘和叶片，螺栓头部和法兰，电触 头，以及O-圈等等。
– 做好接触分析要求有这方面的知识 和经验。
•FSLIDE •M or M/2
•I •Z
Hale Waihona Puke Baidu
•K1 •K2
•C
•Y •X
•GAP •M or M/2 •J
•June 3, 1996
高效率建模方法 - 单元种类(续)
•其它可供选择的单元类型
• 线性单元 / 二次单元 / p单元:
• 一旦你决定采用平面、三维壳或者 三维实体单元，还需要进一步决定采用 线性、四边形或P单元。 线性单元和高 阶单元之间明显的差别是线性单元只存 在 “角节点”，而高阶单元还存在 “中节 点”。下面还提到一些差别。
•X (Radial)
•June 3, 1996
高效率建模方法 - 单元种类(续)
•主要单元类型举例
•M
– 谐单元 - 举例： 假定一承受剪力， 弯矩，和/或者扭矩的轴。
•T •V
•轴上的扭矩以傅立叶级数的一项施加到轴上。这时，除了扭矩外，事实上 是一般的轴对称问题。
•弯矩和横向剪力可以分别作为傅立叶级数的其它两项施加到轴上。
•ANSYS 单元名称 •(类别, 编号)
•单元特性
•June 3, 1996
高效率建模方法 - 单元种类(续)
•准则
• 在结构分析中，结构的应力状态决定单元类型的选择。
• 选择维数最低的单元去获得预期的结果 (尽量做到能选择点而 不选择线，能选择线而不选择平面，能选择平面而不选择壳 ，能选择壳而不选择三维实体).