【文章內容簡介】 Uz； Rxyz 表示 Rotx、 Roty、 Rotz 殼單元 結構分析單元功能與特性 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構，而計入 剪切變形的殼元用于中厚度板殼結構。當計入剪切變 形的殼元用于很薄的板殼結構時，會發(fā)生“ 剪切閉鎖” 為防止出現(xiàn)剪切閉鎖，一般采用減縮積分或假設剪應 變等方法，這兩種方法對于 Timoshenko 梁效果是一樣 的，但對于板殼元是不同的。減縮積分比較常用，雖 然有可能導致“ 零能模式” （ zero energy mode），但 一般是在板殼較厚且單元很少時發(fā)生，這在實際情況 中出現(xiàn)的較少，且板殼較厚時可選擇完全積分。 殼單元 結構分析單元功能與特性 ⑵其它特點： 除 8 節(jié)點殼元外均具有非協(xié)調元選項。 除 SHELL28/51/61 外均可退化為三角形形狀的單元。 僅 SHELL181 支持讀入初應力。 僅 SHELL93/181 支持減縮積分。 僅 SHELL43/63/143 具有面內 Allman剛度選項， SHELL181 具有 Drill 剛度選項。 大多數(shù)平板殼單元適合不規(guī)則模型和直曲殼模型，但 一般限制單元間的交角不大于 15176。 除 SHELL28 外，均支持變厚度、面荷載及溫度荷載。 彈 簧單元 結構分析單元功能與特性 彈簧單元是一類專門模擬“ 彈簧” 行為的單元，不 同于用結構單元（如 LINK 等）的模擬。此類單元當用 于一般彈簧時比較簡單，而當具有控制作用時，則比 較復雜。此類單元主要用于模擬鉸銷、軸向彈簧、扭 簧及其控制行為，但都不考慮彎曲作用，且此類單元 均無面荷載和體荷載。每個單元的功能和特性如表 110 所示，其詳細使用方法參見相關資料。 彈簧單元 結構分析單元功能與特性 單元名稱 簡稱 節(jié) 點 數(shù) 節(jié)點 自由度 特性 備注 COMBIN7 3D 鉸接連結單元 2+3 Uxyz,Rxyz EDNA 具有轉動控制功能 COMBIN14 彈簧阻尼器單元 2 1D: URPT 之一 2D:Uxy 3D:Uxyz 或 Rxyz EDGB N 無控制功能 COMBIN37 控制單元 2,3, 4 URPT 之一 ENA 具有滑動控制功能 COMBIN39 非線性彈簧單元 2 1D: URPT 之一 2D:Uxy 3D:Uxyz 或 Rxyz EDGN 無控制功能 COMBIN40 組合單元 2 URPT 之一 ENA 具有滑動控制功能 質量單元 結構分析單元功能與特性 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量和轉 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 結構分析單元功能與特性 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。各種 單元的特性如表 111 所示。 接觸單元 結構分析單元功能與特性 單元名稱 簡稱 節(jié)點 數(shù) 節(jié)點 自由度 特性 備注 CONTAC12 2D 點點元 2 Ux,Uy ENA 法向預加載或間隙。只受法向壓力和 切向剪力（庫侖摩擦）。 CONTAC52 3D 點點元 2 Ux,Uy,Uz ENA TARGE169 2D 目標元 3 UTVAR ENB 覆蓋于實體元，可模擬復雜形狀 CONTA171 2D2 節(jié)點面面元 2 UTVA ENDB 覆于平面單元和梁單元?？商幚韼靵? 摩擦和剪應力摩擦。 CONTA172 2D3 節(jié)點面面元 3 UTVA ENDB TARGE170 3D 目標元 8 UTVMR ENB 覆蓋于實體元，可模擬復雜形狀 CONTA173 3D4 節(jié)點面面元 4 UTVM ENDB 覆于 3D 實體單元和殼單元?？商幚韼? 侖摩擦和剪應力摩擦。 CONTA174 3D8 節(jié)點面面元 8 UTVM ENDB CONTA175 2D/3D 點面元 1 UTVA ENDB 點面 / 線面 / 面面，實體 / 梁 / 殼表面 CONTA178 3D 點點元 2 Ux,Uy,Uz EN 任意單元上的節(jié)點 ①節(jié)點自由度欄中 UUx ， Uy， Uz(3D)，TTemp ， VVol ， AAz， MMag， R —Rotz ② CONTAC26（點對地基元）、 CONTAC48/49 （ 2D/3D 點面元）在高版本中不再支持。 矩陣單元 MATRIX27 為剛度、阻尼、質量矩陣單元，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 結構分析單元功能與特性 SURF153和 SURF154分別為 2D和 3D 結構表面效應單 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 加質量等）情況，可覆蓋于任何二維（軸對稱諧結構 單元 PLANE25/83 除外）和三維結構實體單元表面。 此類單元的主要特性如表 112 所示。 單元名 簡稱 節(jié)點數(shù) 節(jié)點 自由度 特性 備注 SURF 153 2D 結構表面效應 單元 2 或 3 Ux,Uy EDG B 有中間節(jié)點時為 3 節(jié)點 SURF 154 3D 結構表面效應 單元 4 或 8 Ux,Uy, Uz EDG B 有中間節(jié)點時為 8 節(jié)點 預緊、多點約束、網(wǎng)分單元 結構分析單元功能與特性 ⑴ PRETS179 為 2D/3D 預緊單元，用于定義網(wǎng)分后 的二維或三維結構預緊區(qū)，可由任意結構單元（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。 預緊、多點約 束、網(wǎng)分單元 結構分析單元功能與特性 ⑵ 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 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 及轉動或轉動力矩，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。 該單元可由 2 ～ 20 個節(jié)點組成，且不具有自由度、材 料特性、實常數(shù)及荷載。 利用 EMODIF 命令可將 MESH200 單元轉換成其它單元類 型。 預緊、多點約束、網(wǎng)分單元 結構分析單元功能與特性 材料模型的分類 結構分析材料模型 ANSYS 結構分析材料屬性： 線性 (Linear) 、非線性 (Nolinear) 、密度(Density) 、 熱膨脹 (Thermal Expansion) 、 阻 尼(Damping) 、摩 擦系數(shù) ( Friction Coefficient) 、特殊材料 (Specialized Materials) 等七種，可通過材料屬性 菜單分別定義。 材料模型： 線性、非線性及特殊材料三類，每類材料中又可分 為多種材料類型，而每種材料類 型則有不同的屬性。 材料模型的分類 結構分析材料模型 線彈性 正交各向異性 各向異性 各向同性 墊圈材料 受壓曲線 線性卸載 非線性卸載 橫向剪切 線性 非線性 User Material Options 特殊材料 Specialized Materials Gasket 一般參數(shù) Joint Elastic 連接彈性 用戶定義材料 用戶常數(shù) 狀態(tài)變量 蠕變 超彈 蠕變和狀態(tài)變量 Linear Elastic Isotropic Orthotropic Anisotropic General Parameters Transverse Shear Nonlinear Unloading Linear Unloading Compression Nonlinear(SDF) Linear(SDF) User Constant Hyperelastic State Variables Creep 彈性 非線性材料模型 MooneyRivlin 模型 ( 可選 2/3/5/9 參數(shù) ) Ogden 模型 ( 可選 15 項及一般 ) NeoHookean 模型 多項式形式模型 ArrudaBoyce 模型 Gent 模型 Yeoh 模型 ( 可選 15 階及一般 ) BlatzKoFoam 模型 Ogden Foam 模型 ( 可選 15 階及一般 ) MooneyRivlin 模型 (TB,MOONEY) 超彈性 Elastic Hyperelastic 多線性彈性 非彈性 Inelastic 率無關材料 Rate Independent Mises 塑性 (BMN) Hill 塑性 (BMN) Hill 塑性 (BMC) Mises 塑性 (BMC) Hill 塑性 (C 和 BMN) Mises 塑性 (C 和 BMN) Isotropic Hardening 等向強化塑性 一般各向異性 Hill 勢 隨動強化塑性 Kinematic Hardening 混合強化塑性 Combined Kinematic and Isotropic Hardening Generalizes Anisotropic Hill Potential 率相關材料 Rate Dependent Isotropic Hardening 等向強化塑性 Mises 塑性 (BMN) Hill 塑性 (BMN) 粘塑性 ViscoPlasticity Multilinear Elastic Polynomial Form ( 可選 15 項及一般 ) Anand 模型 Anand39。s Model 蠕變 Creep Curve Fitting 曲線擬合 純蠕變 Creep only Hill 勢 (I) Mises