【正文】 ANSYS 結(jié)構(gòu)分析單元功能與特性 桿單元 :LINK 1 180 梁單元： BEAM 2 24， 44， 54， 188， 189 管單元 :PIPE16， 17， 18， 20， 59， 60 2D實體元 :PLANE2， 25， 42， 82， 83， 145， 146， 182， 183 3D實體元 :SOLID45， 46， 64， 65， 72， 73， 92， 95， 147， 148， 185， 186， 187， 191 殼單元 :SHELL28， 41， 43， 51， 61， 63， 91， 93， 99， 143， 150， 181， 208， 209 彈簧單 元 :COMBIN7， 14， 37， 39， 40 質(zhì)量單元 :MASS21 接觸單元 :CONTAC12， 52， TARGE169， 170， CONTA171， 172， 173， 174， 175， 178 矩陣單元 :MATRIX27， 50 表面效應元 :SURF153， 154 粘彈實體元 :VISCO88， 89， 106， 107， 108， 超彈實體元 :HYPER56， 58， 74， 84， 86， 158 耦合場單元 :SOLID5， PLANE13， FLUID29， 30， 38， SOLID62， FLUID79， FLUID80， 81， SOLID98， FLUID129， INFIN110， 111， FLUID116， 130 界面單元 :INTER192， 193， 194， 195 顯式動力 分析單元 :LINK160， BEAM161， PLANE162， SHELL163， SOLID164， COMBI16 桿單元 單元名稱 簡稱 節(jié)點數(shù) 節(jié)點自由度 特性 備注 LINK1 2D桿 2 Ux,Uy EPCSDGB 常用桿元 LINK8 3D桿 Ux,Uy,Uz EPCSDGB LINK10 3D僅受拉 或僅受壓桿 EDGB 模擬纜索的松弛及 間隙 LINK11 3D線性調(diào)節(jié) 器 EGB 模擬液壓缸和大轉(zhuǎn) 動 LINK180 3D有限應變桿 EPCDFGB 另可考慮粘彈塑性 E彈性 (Elasticity)， P塑性 (Plasticity)， C蠕變 (Creep)， S膨脹 (Swelling)， D大變形或大撓度 (Large deflection)， F大應變 (Large strain)或有限應變 (Finite strain)， B單元生死 (Birth and dead),G應力剛化 (Stress stiffness)或幾何 剛度 (Geometric stiffening)， A自適應下降 (Adaptive descent)等。 通常用 LINK1和 LINK8模擬桁架結(jié)構(gòu)，如屋架、網(wǎng)架、網(wǎng)殼、桁架橋、桅桿、塔架等結(jié)構(gòu)，以及吊橋的吊桿、拱橋的系桿等構(gòu)件，必須注意線性靜力分析時，結(jié)構(gòu)不能是幾何可變的，否則造成位移超限的提示錯誤。 LINK10可模擬繩索、地基彈簧、支座等，如斜拉橋的斜拉索、懸索、索網(wǎng)結(jié)構(gòu)、纜風索、彈性地基、橡膠支座等。 LINK180除不具備雙線性特性 (LINK10)外，它均可應用于上述結(jié)構(gòu)中，并且其可應用的非線性性質(zhì)更加 廣泛，增加了粘彈塑性材料。⑸ LINK LINK8和 LINK180單元還可用于普通鋼筋和預應力鋼筋的模擬，其初應變可作為施加預應力的方式 梁單元 梁單元分為多種單元，分別具有不同的特性，是一類軸向拉壓、彎曲、扭轉(zhuǎn) (3D)單元。 單元 名稱 簡稱 節(jié)點 節(jié)點 自由度 特性 備注 BEAM3 2D彈性梁 2 Ux,Uy, Rotz EDGB 常用平面梁元 BEAM23 2D塑性梁 2 EPCSDFGB 具有塑性等功能 BEAM54 2D漸變不對稱梁 2 EDGB 不對稱截面，可偏 移中心軸 BEAM4 3D彈性梁 2 Ux,Uy,Uz Rotx,Roty,Rotz EDGB 拉壓彎扭，常用 3D梁元 BEAM24 3D薄壁梁 2+1 EPCS DGB 拉壓彎及圣文南扭轉(zhuǎn)；開口或閉口截面 BEAM44 3D漸變不對稱梁 2+1 EDGB 拉壓彎扭，不對稱截面，可偏移中心軸，可釋放節(jié)點自由度，可采用梁截面 BEAM188 3D線性有限應 變梁 2+1 Ux,Uy,Uz Rotx,Rot y,Rotz 或增加 warp EPCD FGB 粘彈塑 Timoshenko梁，計入剪切變形影響；可增加翹曲自 由度；可采梁截面 BEAM189 3D二次有限應變梁 3+1 BEAM188，但屬二次梁單元。 單元使用另外應注意的問題： ⑴梁單元面積和長度不能為零，且 2D梁元必須位于 XY平面內(nèi)；⑵剪切變形的影響；⑶自由度釋放；⑷梁截面特性；⑸ BEAM23/24實常數(shù)的輸入比較復雜；⑹荷載特性；⑺應力計算。 管單元 管單元是一類軸向拉壓、彎曲和扭轉(zhuǎn)的 3D單元，單元的每個節(jié)點均具有 6個自由度，即三個平動自由度 Ux、 Uy、Uz和三個轉(zhuǎn)動自由度 Rotx、 Roty、 Rotz，此類單 元以 3D梁元為基礎，包含了對稱性和標準管幾何尺寸的簡化特性。 單元使用應注意的其他問題： ⑴管元長度、直徑及壁厚均不能為零；⑵可計算薄壁管和厚壁管，但某些應力的計算是基 于薄壁管理論的；⑶管單元計入了剪切變形的影響，并可考慮應力增強系數(shù)和撓曲系數(shù)。 該類單元有直管、 T型管、彎管和沉管四種單元類型 單元 名稱 簡稱 節(jié)點數(shù) 特性 備注 PIPE16 3D彈性直管元 2 EDGB 可考慮兩種溫度梯度及內(nèi)部和外部壓力 PIPE17 3D彈性 T型管元 2~4 EDGB 可考慮絕熱、內(nèi)部流體、腐蝕及應 力強化 PIPE18 3D彈性彎管元 2+1 EDB PIPE20 3D塑性直管元 2 EPCSDGB 同 PIPE16 PIPE59 3D彈性沉管元 2 EDGB 可模擬海洋波，可考慮水動力和浮力等，其余同 PIPE16，且可模擬電纜 PIPE60 3D塑性彎管元 2+1 EPCSDB 同 PIPE18 2D實體單元 2D實體單元是一類平面單元，可用于平面應力、平面應變和軸對稱問題的分析，此類單元均位于 XY平面內(nèi)，且軸對稱分析時 Y軸為對稱軸。 單元名稱 簡稱 節(jié)點 自由度 特性 備注 PLANE2 6節(jié)點三角形單元 Ux,Uy EPCSDFGBA 適用于不規(guī)則的網(wǎng)格 PLANE42 4節(jié)點四邊形單元 具有協(xié)調(diào)和非協(xié)調(diào)元選項 PLANE82 8節(jié)點四邊形單元 是 PLANE42的高階單元；混合分網(wǎng)的 結(jié)果精度高；；適用于模擬曲線邊界 PLANE145 8節(jié)點四邊形 P單元 E 支持 2～ 8階多項式 PLANE146 6節(jié)點三角形 P單元 支持 2～ 8階多項式 PLANE182 4節(jié)點四邊形單元 EPCSD FGBA 具有更多的非線性材料模型 PLANE183 8節(jié)點四 邊形單元 是 PLANE182的高階單元 PLANE25 4節(jié)點諧結(jié)構(gòu)單元 Ux,Uy Uz EGB 模擬非對稱荷載的軸對稱結(jié)構(gòu) PLANE83 8節(jié)點諧結(jié)構(gòu)單元 是 PLANE25的高階單元 單元使用應注意的其他問題： ⑴ 單元插值函數(shù)及說明；⑵荷載特性；⑶其它特點。 3D實體單元 3D實體單元用于模擬三維實體結(jié)構(gòu)，此類單元每個節(jié)點均具有三個自由度，即 Ux、 Uy、 Uz三個平動自由度。 單元名稱 簡稱 /3D 結(jié) 點 特性 完全 /減 縮積分 初應力 備注 SOLID45 實體元 8 EPCSDFGBA Y/Y Y 正交各向異性材料 SOLID46 分層實體元 8 EDG Y/N N 層數(shù)達 250或更多 SOLID64 各向異性實體元 8 EDGBA Y/N N 各向異性材料 SOLID65 鋼筋混凝土實體元 8 EPCDFGBA Y/N N 開裂 ,壓碎 ,應力釋放 SOLID92 四面體實體元 10 EPCSDFGBA Y/N Y 正交各向異性材料 SOLID95 實體單元 20 EPCSDFGBA Y/Y Y 是 SOLID45的高階元 SOLID147 磚形實體 P元 20 E Y/N N P可設置 2～ 8階 SOLID148 四面體實體 P元 10 E Y/N N P可設置 2～ 8階 SOLID185 實體單元 8 EPCDFGBA Y/Y等 Y 可模擬幾乎不可壓縮 的彈塑和完全不可壓 SOLID186 實體單元 20 EPCDFGBA Y/Y Y 縮的超彈 SOLID187 四面體實體元 10 EPCDFGBA Y/N Y SOLID191 分層實體元 20 EGA Y/N N 層數(shù)≤ 100 單元使用應注意的問題： ⑴關于 SOLID72/73單元； （ 2） SOLID185積分方式可選擇。 殼單元 殼單元可以模擬平板和曲殼一類結(jié)構(gòu)。殼元比梁元和實體元要復雜的多，因此殼類單元中各種單元的選項很多。 桿、梁單元→板殼單元→實體單元 單元使用應注意的問題： ⑴通常不計剪切變形的殼元用于薄板殼結(jié)構(gòu)，而計入剪切變形的殼元用于中厚度板殼結(jié)構(gòu)。 彈簧單元 彈簧單元是一類專門模擬 “彈簧 ”行為的單元，不同于用結(jié)構(gòu)單元（如 LINK等）的模擬。 質(zhì)量單元 MASS21為具有 6個自由度的點單元， 即只有一個節(jié)點，節(jié)點自自由度可為 Ux、 Uy、 Uz、 Rotx、 Roty、 Rotz，通過不 同設置可僅考慮 2D或 3D內(nèi)的平動自由度及其組合，它每個坐標方向可以具有不同的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動慣量。該單元無面荷載和體荷載，支持彈性、大變形和生死單元。 接觸單元 ANSYS支持三種接觸方式，即點對點、點對面和面對面的接觸，接觸單元是覆蓋在模型單元的接觸面之上的一層單元。點點單元用于模擬點對點的接觸行為，且預先知道接觸位置；點面單元用于模擬點對面的接觸行為，預先不要確定接觸位置，接觸面之間的網(wǎng)格不要求一致；面面單元用于模擬面對面的接觸行為，支持低階和高階單元，支持大變形行為等。 矩陣單元 MATRIX27為剛度、阻 尼、質(zhì)量矩陣單元，可表示一種任意的單元。本單元具有兩個節(jié)點，此兩個節(jié)點可重合或不重合，每個節(jié)點有 6個自由度，即 Ux、 Uy、 Uz、 Rotx、 Roty、 Rotz。該單元無面荷載和體荷載，但支持單元生死功能。其矩陣可為對稱或不對稱形式，通過 Keyopt(3)設置為剛度矩陣、或阻尼矩陣、或質(zhì)量矩陣。本單元可模擬任意類型的單元，如可模擬特殊彈簧和節(jié)點柔性連接等。 MATRIX50為超單元，它是預先裝配好的可獨立使用的一組單元。該單元無節(jié)點和實常數(shù)，其自由度數(shù)目由所包含的單元決定，其面荷載和體荷載可通過總的載荷向量和比 例系數(shù)施加，該單元支持大變形功能。該單元不能包含基于拉格朗日乘子的單元（如 MPC184等），不支持非線性（忽略所包含的單元非線性）。超單元可包含其它超單元， 2D超單元只能用于二維分析，而 3D超單元則只能用于三維分析。 表面效應單元 SURF153和 SURF154分別為 2D和 3D結(jié)構(gòu)表面效應單元，可用于各種荷載（法向、切向、法向漸變、輸入矢量方向等）及表面效應（基礎剛度、表面張力及附加質(zhì)量等）情況，可覆蓋于任何二維（軸對稱諧結(jié)構(gòu)單元 PLANE25/83除外）和三維結(jié)構(gòu)實體單元表面。 預緊、多點約束、網(wǎng)分單元 （ 1） PRETS179為 2D/3D預緊單元，用于定義網(wǎng)分后的二維或三維結(jié)構(gòu)預緊區(qū)，可由任意結(jié)構(gòu)單元（桿、梁、管、殼、 2D實體和 3D實體）建立。該單元具有 3個節(jié)點，每個節(jié)點具有一個自由度 Ux，該 Ux為預緊方向的位移，ANSYS通過幾何條件將預緊力施加到指定的預緊荷載方向上，而不必考慮模型是如何定義的。該單元不支持面荷載和體荷載，僅支持非線性特性；不能使用約束方程和自由度耦合， NROTAT命令不能用于節(jié)點 K，且 K節(jié)點必須位于整體直角坐標系。 （ 2） MPC184為多點約束單元，有剛性桿、剛性梁、滑移、球形、銷釘、 萬向接頭的約束，適用于使用拉格朗日乘子的具有運動約束時情況，該單元可用于機構(gòu)運動學，如起重機、挖掘機、汽車、機床和機器人等。該單元有 2個或 3個節(jié)點，每個節(jié)點具有 Ux、 Uy(2D)或 Ux、 Uy、 Uz(3D) 或 Ux、 Uy、 Uz、 Rotx、 Roty、 Rotz(3D)自由度。無實常數(shù)和面荷載，支持溫度荷載及轉(zhuǎn)動或轉(zhuǎn)動力矩，支持大變形和單元生死。 ⑶ MESH200是僅用來劃分網(wǎng)格的單元，對計算結(jié)果毫無影響。它是為實現(xiàn)多步網(wǎng)格劃分的操作而設計的。該單元可用于劃分兩維或三維空間的線，三維空間中的三角形、四邊形、四面體或 六面體單元組成的面或體，且均包括有或沒有中間節(jié)點的情況。 MESH200單元可與任意其它單元一起使用，當不再需要它時，可以將其刪除或保留 坐標