【正文】 – 實際尺寸通常基于支點 /約束 間距或所關(guān)心的模態(tài)的波長。 高階四邊形 /六面體單元如 PLANE183 或 SOLID186 采用 URI, URI 對克服剪切鎖定和幾乎不可壓縮行為也有用。 – 18x 系列的單元技術(shù)和材料技術(shù)分開。 – 對幾乎不可壓縮超彈材料，用 HYPER56, 58, 74, 158 或混合 UP 18x 系列單元。理想情況是 , Nd/Np 的比率對 2D 問題 為 2/1， 對 3D 問題為 3/1。與其它材料不同 , 不能從材料本構(gòu)方程得到靜水壓力 (例如不能由 1/3sii 確定 P )， 而是關(guān)注體積約束以確保體積不變，這對完全不可壓縮材料是真實的 : 式中 V 和 Vo 分別是單元的修正和初始體積。 – 靜水壓力自由度和 ?內(nèi)部結(jié)點 ? 相聯(lián)系，內(nèi)部結(jié)點由 ANSYS自動生成且對于用戶是透明的，是不能訪問的。這樣 , 剛度矩陣仍基于位移而不必擔心附加自由度。 – 如果單元扭曲，則增強應變在彎曲中將不利，尤其是梯形單元。 ? 因為它們導致網(wǎng)格中產(chǎn)生縫隙和重迭，所以也稱為 “不協(xié)調(diào)模式 ”。 ) 1 . 9 7 3 1 . 0 0 3 2 . 0 0 9 1 . 0 0 8 1 . 0 0 3T r a p e z o i d ( 4 5 176。 S h a p e P L A N E 1 8 2 P L A N E 1 8 3 S O L I D 1 8 5 S O L I D 1 8 7 S O L I D 1 8 6R e c t a n g u l a r 1 . 0 0 4 1 . 0 0 1 1 . 0 0 5 1 . 0 0 0 1 . 0 0 2T r a p e z o i d ( 1 5 176。 – 除非特殊需要 （ 如與 LSDYNA 單元兼容） , 對低階單元鼓勵用戶采用 Bbar 或增強應變代替 URI。 – 低階 URI 單元太柔軟，尤其在彎曲占優(yōu)勢的問題中，因此需要細化網(wǎng)格以使位移不被高估。 可以獲得虛假能量 (單元表 AENE) – 這是由于沙漏剛度而產(chǎn)生的能量。 E l e m e n t T y p e F u l l I n t e g r a t i o n O r d e rR e d u c e d I n t e g r a t i o n O r d e r4 No d e Q u a d 2 x 2 1 x 18 No d e Q u a d 3 x 3 2 x 28 No d e He x 2 x 2 x 2 1 x 1 x 12 0 No d e He x 3 x 3 x 3 2 x 2 x 2Advanced Structural Nonlinearities Training Manual September 30, 2001 Inventory 001491 TOC31 單元技術(shù) ... 沙漏模式 ? 不幸地是，偏差項的縮減積分引起零應變能的變形模式， 稱為 零能量或沙漏模式 。 ? 某些單元支持選擇縮減積分 : – 可用于平面應變、軸對稱和 3D 應力狀態(tài)。 dvdvGGspspekesekes22??????Advanced Structural Nonlinearities Training Manual September 30, 2001 Inventory 001491 TOC27 單元技術(shù) ... 選擇縮減積分 – 應變通過下式和位移相關(guān) : – 而計算 [B] 時 , 對體積項和偏差項使用不同的積分階數(shù)。 – 缺省時低階 18x 單元 (PLANE182, SOLID185) 用 BBar。 用單元求解 (PLESOL)后處理靜水壓力 (NL,HPRES)使用戶可以驗證體積鎖定是否是個問題。 – 體積鎖定也會引起收斂問題。 完全積分的低階單元變形中，上下兩邊保持直線，不再保持直角， gxy 不為零。 – 體積鎖定導致 過度剛化 響應。例如可以由位移通過下式確定應變 : [B] 稱為應變 位移矩陣 – 后處理結(jié)果時，積分點應力 /應變值外推或拷貝到結(jié)點位置 ? 右圖所示為 2x2 積分的四結(jié)點四邊形單元，紅色為積分點。 – SHELL181 和 BEAM188/189 還具有高級的前后處理工具，這些工具是梁和殼單元特有的。 – 18x 單元包括強大的單元公式和大量的本構(gòu)模型庫。 14點積分公式比完全積分方案更有效。 ? 完全積分、高階傳統(tǒng)位移單元也易于發(fā)生 體積鎖定 。 Advanced Structural Nonlinearities Training Manual September 30, 2001 Inventory 001491 TOC13 單元技術(shù) ... 剪切鎖定 ? 在彎曲問題中完全積分的低階單元呈現(xiàn) “過度剛化”。 該模型具有超彈材料屬性, 以 BBar 和增強應變運行, 結(jié)果f非常相似. Advanced Structural Nonlinearities Training Manual September 30, 2001 Inventory 001491 TOC16 單元技術(shù) ... 體積鎖定 ? 材料行為是幾乎或完全不可壓縮時 (泊松比接近或等于 )， 在完全積分單元中發(fā)生體積鎖定。 ? 體積鎖定導致靜水壓力 (p)的交變模式 (棋盤狀 )，存在非線性材料時對單元可用 NL,HPRES 后處理靜水壓力。 ? 不幸地是 , 沒有現(xiàn)成的單元公式能最有效地解決鎖定問題 . 因此在下面部分將從正反兩方面來討論每個公式。 SOLID185 實例 : “完全積分” 是 BBar “縮減積分”是 URI 增強應變是第三個選項 “純位移” 是缺省值 也可選擇 “混合 U/P” Advanced Structural Nonlinearities Training Manual September 30, 2001 Inventory 001491 TOC26 單元技術(shù) C. 選擇縮減積分 ? 選擇縮減積分 (又名 Bbar 方法 , 持續(xù)膨脹單元 ) 用低一階的積分方法對體積項積分。 ? ? uB D?D eAdvanced Structural Nonlinearities Training Manual September 30, 2001 Inventory 001491 TOC29 單元技術(shù) ... 選擇縮減積分 ? 總之 , 選擇縮減積分在體積變形占優(yōu)勢的問題中對 幾乎不可壓縮 材料行為 (如塑性 , 超彈性 )有用。 ? 這個公式更靈活，可幫助消除剪切和體積鎖定。這提供了一個抵抗零能量模式的剛度。 這對求解非線性問題尤其有效。 Advanced Structural Nonlinearities Training Manual September 30, 2001 Inventory 001491 TOC36 單元技術(shù) ... 一致縮減積分 ? 缺省時大多數(shù) ANSYS 高階結(jié)構(gòu)單元 （ PLANE82, PLANE183, SOLID186)） 用 URI， 這是因為高階單元不易沙漏且有許多優(yōu)點，所以很具吸引力。 – 接近 矩形 時單元表現(xiàn)最好，另一方面， 梯形 時表現(xiàn)不好， 這是 增強應變技術(shù)的局限性 。 ) 1 . 0 0 4 1 . 0 0 1 1 . 0 0 5 1 . 0 0 0 1 . 0 0 2P a r a l l e l o g r a m ( 4 5 176。 – 平面應力不會有體積鎖定，這就是為什么在平面應力應用中對 PLANE182 只有四個附加自由度 (彎曲項 )。 Advanced Structural Nonlinearities Training Manual September 30, 2001 Inventory 001491 TOC42 單元技術(shù) ... 增強應變實例 橡膠梁彎曲中剪切鎖定的實例 – MooneyRivilin 梁 (20X1) – 增強應變和混合 UP 的 SOLID182 (完全不可壓縮 ) – HYPER56 (幾乎不可壓縮 , nu=) – 平面應變 , NLGEOM,ON, 壓力載荷 Advanced Structural Nonlinearities Training Manual September 30, 2001 Inventory 001491 TOC43 單元技術(shù) ... 增強應變實例 橡膠梁彎曲中剪切鎖定實例 Hyper56 單元的錯誤結(jié)果 增強 182 單元的正確結(jié)果 Advanced Structural Nonlinearities Training Manual September 30, 2001 Inventory 001491 TOC44 單元技術(shù) ... 增強應變實例 厚壁圓筒中體積鎖定實例 – Ri=3, Ro=9 – 增強應變 SOLID185 – 附加形狀 SOLID45 – 純彈性材料 (E=1000) – 不同泊松比 (nu=, , , , , ) – 線性分析 Advanced Structural Nonlinearities Training Manual September 30, 2001 Inventory 001491 TOC45 單元技術(shù) ... 增強應變實例 厚壁圓筒中體積鎖定實例 單元 45的結(jié)果 單元 185 結(jié)果 位移計算中 %18 錯誤 位移計算中 % 錯誤 Advanced Structural Nonlinearities Training Manual September 30, 2001 Inventory 001491 TOC46 單元技術(shù) ... 增強應變總結(jié) ? 記住增強應變?yōu)閺澢蛶缀醪豢蓧嚎s應用而設計 – 增強應變不能用于完全不可壓縮分析，但對 PLANE182 和 SOLID185可以與混合 UP公式結(jié)合使用，在下節(jié)討論。 體積應變中任何小的誤差在靜水壓力 (和應力 )中被放大，這反過來又會影響位移計算 (網(wǎng)格會 ?鎖定’ ) ? 結(jié)果，將壓力作為獨立自由度求解。 若軸對稱，由于扭轉(zhuǎn) (UZ) 自由度而需要更多的自由度。 式中 V 為單元體積。 – SOLID187 (KEYOPT(6)=2) 有 4個壓力自由度 , 而且與體積應變內(nèi)插函數(shù)一致。 沒有這個條件，就不能計算靜水壓力 – 即沒有唯一解。 Advanced Structural Nonlinearities Training Manual September 30, 2001 Inventory 001491 TOC63 單元技術(shù) G. 實體單元推薦 ? 傳統(tǒng)單元容易剪切和體積鎖定， ANSYS 中有很多單元技術(shù)解決這兩個問題。 – 低階單元選擇 的一些指南如下 : 1 8 x E l e m e nt Fo r m ul a t i onP r os C on s W he n t o U s eB B a r E f f i c i e n t f o r n e a r l y i n c o m p r e s s i b l e , b u l k d e f o r m a t i o n p r o b l e m sM a y b e s u s c e p t i b l e t o s h e a r l o c k i n gB B a r w i t h M i x e d U PE f f i c i e n t f o r f u l l y i n c o m p r e s s i b l e , b u