【正文】 21/6/18 72 線單元 : Beam(梁 )單元 ? Beam4是一種可用于承受拉、壓、彎、扭的三維彈性梁單元。這種單元在每個節(jié)點上有六個自由度： x、 y、 z三個方向的線位移和繞 x,y,z三個軸的角位移。是基于結(jié)構(gòu)力學(xué)經(jīng)典梁彎曲理論構(gòu)造的梁單元。 2021/6/18 73 ? Beam188與 Beam189相對 Beam4的第一個突出點是具有更出色的 截面數(shù)據(jù)定義功能 和可視化特性。第二個突出點是 Beam188與 Beam189自動 考慮了剪切變形 。beam188 、 Beam189基于 Timoshenko梁的理論。 2021/6/18 74 beam188 beam189 平面應(yīng)力應(yīng)變 ? PLANE2， 2D, 6節(jié)點三角形單元 2021/6/18 75 該單元的位移是二次的，很適合于模擬不規(guī)則的網(wǎng)格（由 CAD/CAM導(dǎo)入的模型）。六節(jié)點三角形單元，每個節(jié)點有兩個自由度?？梢宰鳛槠矫鎽?yīng)力、平面應(yīng)變和軸對稱單元。 ? PLANE42（ 2D， 4節(jié)點四邊形 ) PLANE42用于仿真 2D實體結(jié)構(gòu)。該單元可用于平面單元（平面應(yīng)力或平面應(yīng)變）或軸對稱單元。單元有4個節(jié)點，每個節(jié)點具有 X， Y位移方向的兩個自由度。單元具有 塑性、蠕變、膨脹、應(yīng)力強化、大變形和大應(yīng)變的特點 。 2021/6/18 76 殼單元 ? SHELL433D、 4N 塑性大應(yīng)變殼 SHELL43 適合模擬線性、彎曲及適當厚度的殼體結(jié)構(gòu)。單元中每個節(jié)點具有六個自由度：沿 x、 y和 z 方向的平動自由度以及繞 x、 y和 z 軸的轉(zhuǎn)動自由度。單元具有塑性、蠕變、應(yīng)力剛化、大變形和大應(yīng)變的特性。如果是薄殼或者塑性和蠕變不需考慮，彈性的四邊性殼單元（ SHELL63）就可以了。如果遇到收斂困難或者需要考慮大應(yīng)變時，可選擇 SHELL181 單元。對于非線性結(jié)構(gòu)分析推薦選擇 SHELL181 單元。 2021/6/18 77 ? SHELL633D、 4N，彈性殼 2021/6/18 78 shell63是薄殼單元。包含彎曲和薄膜效應(yīng)，但是忽略橫向剪切變形。而 shell43屬于厚殼單元。不僅有彎曲、薄膜效應(yīng)，他也包含了橫向剪切效應(yīng)。橫向剪切被表示為整個厚度上的常剪切應(yīng)變。這種一階近似只適用于中等厚度殼體。 實體單元 ? SOLID185， 3D、 8N，結(jié)構(gòu)實體單元 2021/6/18 79 ? SOLID1863D、 20N，結(jié)構(gòu)實體單元 2021/6/18 80 3. SOLID65 （ 3D、 8N，帶筋混凝土單元） 2021/6/18 81 ANSYS里面專門建立了面向混凝土，巖石材料的單元 ——Solid65單元 ?? 在三維 8節(jié)點等參元 Solid45的基礎(chǔ)上，增加了針對于混凝土的材性參數(shù)和整體式鋼筋模型 ? SOLID65適用于帶鋼筋或不帶鋼筋的三維實體模型。 單元具有受拉開裂和受壓壓碎的性能。 在混凝土使用中，單元的實體部分可以用于模擬混凝土而鋼筋部分用于模擬鋼筋。該單元也可用于其它混合物，如玻璃纖維和巖石。該單元最重要的性質(zhì)是對非線性材料的處理方法?；炷辆哂虚_裂（沿三個正交方向）、壓碎、塑性變形和蠕變性能。鋼筋僅能承受拉力和壓力，但不能承受剪力，具有塑性變形和蠕變性能。 2021/6/18 82 Solid 65基本原理 ? 用彈塑性本構(gòu)關(guān)系描述混凝土的受壓行為 ? 用斷裂軟化本構(gòu)關(guān)系描述混凝土的受拉軟化行為 ? 混凝土滿足某一破壞準則，則認為被壓碎 2021/6/18 83 Solid 65的理論基礎(chǔ) ? Solid 65的破壞準則 Willam amp。 Warnke 破壞曲面 橢圓組合截面的拋物線曲面 ,五個參數(shù) ? Solid 65的本構(gòu)關(guān)系 ?? 彈塑性 +斷裂 本構(gòu)關(guān)系 2021/6/18 84 最大拉應(yīng) 力準則 以主應(yīng)力（ σ 1 ， σ 2 ， σ 3）為軸的主應(yīng)力空間，將試驗獲得的多軸強度數(shù)據(jù)標在其中，相鄰點以光滑曲面相連，得到如圖破壞包絡(luò)面。 Solid 65的理論基礎(chǔ) 2021/6/18 85 Solid 65破壞曲面分區(qū) 2021/6/18 86 WillamWarnke破壞準則 ? WilliamWarnke五參數(shù)準則具有橢圓型偏截面和拋物線型子午線。這個模型對于所有的應(yīng)力組合符合關(guān)于圓滑、外凸和對稱特征要求，但子午線外凸的要求導(dǎo)致對高靜水壓力應(yīng)力破壞的預(yù)示。 2021/6/18 87 2021/6/18 88 2021/6/18 89 2021/6/18 90 ? Solid65分析的核心問題： ? 正確設(shè)定參數(shù)！ ? 確保計算收斂！ 2021/6/18 91 4. 子模型 2021/6/18 92 ? 子模型是得到模型部分區(qū)域中更加精確解的有限單元技術(shù)。在有限元分析中往往出現(xiàn)這種情況，即對于用戶關(guān)心的區(qū)域，如應(yīng)力集中區(qū)域，網(wǎng)格太疏不能得到滿意的結(jié)果，而對于這些區(qū)域之外的部分，網(wǎng)格密度已經(jīng)足夠了。 要得到這些區(qū)域的較精確的解，可以采取兩種辦法： (a)用較細的網(wǎng)格重新劃分并分析整個模型， (b)只在關(guān)心的區(qū)域細化網(wǎng)格并對其分析。 方法 a太耗費機時，方法 b即為子模型技術(shù)。 子模型方法又稱為切割邊界位移法或特定邊界位移法。切割邊界就是子模型從整個較粗糙的模型分割開的邊界。整體模型切割邊界的計算位移值即為子模型的邊界條件。 2021/6/18 93 使用子模型的一些限制如下： ? 只對體單元和殼單元有效。 ? 子模型的原理要求切割邊界應(yīng)遠離應(yīng)力集中區(qū)域。用戶必須驗證是否滿足這個要求。 ? 子模型分析的過程包括以下步驟： 1. 生成并分析較粗糙的模型。 2. 生成子模型。 3. 提供切割邊界插值。 4. 分析子模型。 5. 驗證切割邊界和應(yīng)力集中區(qū)域的距離應(yīng)足夠遠。 2021/6/18 94 第一步：生成并分析較粗糙的模型 ? 第一個步驟是對整體建模并分析。（為了方便區(qū)分這個原始模型，我們將其稱為粗糙模型。） ? 單元類型 —— 子模型技術(shù)只能使用塊單元和殼單元。分析模型中可以有其他單元類型（如梁單元作為加強筋），但切割邊界只能經(jīng)過塊和殼單元。 ? 建模 —— 在很多情況下，粗糙模型不需要包含局部的細節(jié)如圓角等，見下圖。但是，有限元網(wǎng)格必須細化到足以得到較合理的位移解。這一點很重要，因為子模型的結(jié)果是根據(jù)切割邊界的位移解插值得到的。 2021/6/18 95 第二步：生成子模型 ? 子模型是完全依靠粗糙模型的。因此在初始分析后的第一步就是在初始狀態(tài)清除數(shù)據(jù)庫（另一種方法是退出并重新進入 ANSYS）。用下列方法清除數(shù)據(jù)庫： ? 同時，應(yīng)記住用另外的文件名以防止粗糙模型文件被覆蓋。用下列方法指定文件名： ? 然后建立子模型。應(yīng)該注意下列幾點： ? 使用與粗糙模型中同樣的單元類型。同時應(yīng)指定相同的單元實參（如殼厚）和材料特性。 ? 子模型的位臵（相對全局坐標原點）應(yīng)與粗糙模型的相應(yīng)部分相同。 2021/6/18 96 第三步：生成切割邊界插值 ? 本步關(guān)鍵步驟。用戶定義切割邊界的結(jié)點， ANSYS程序用粗糙模型結(jié)果插值方法計算這些點上的自由度數(shù)值（位移等）。對于子模型切割邊界上的所有結(jié)點，程序用粗糙模型網(wǎng)格中相應(yīng)的單元確定自由度數(shù)值，然后這些數(shù)值用單元形狀功能插值到切割邊界上。 2021/6/18 97 第四步：分析子模型 ? 在本步中，用戶指定分析類型和分析選項，加入插值的自由度數(shù)值，施加其他的載荷和邊界條件，指定載荷步選項，并對子模型求解。 ? 重要的一點是要將粗糙模型上所有其他載荷和邊界條件復(fù)制到子模型上。比如對稱邊界條件，面力，慣性載荷（如重量），集中力等。 2021/6/18 98 第五步：驗證切割邊界和應(yīng)力集中位置的距離是否足夠 ? 最后一步是驗證子模型切割邊界是否遠離應(yīng)力集中部分?？梢酝ㄟ^比較切割邊界上的結(jié)果（應(yīng)力，磁通密度等）與粗糙模型相應(yīng)位臵的結(jié)果是否一致來驗證。如果結(jié)果符合得很好，證明切割邊界的選取是正確的。如果不符合的話，就要重新定義離感興趣部分更遠一些的切割邊界重新生成和計算子模型。 2021/6/18 99