【正文】 為超單元，它是預(yù)先裝配好的可獨(dú)立使用的一組單 元。其矩陣可為對(duì) 稱或不對(duì)稱形式，通過(guò) Keyopt(3)設(shè)置為剛度矩陣、或阻尼矩陣、 或質(zhì)量矩陣。本單元具有兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，此兩個(gè)節(jié)點(diǎn)可重合或不重合，每 個(gè)節(jié)點(diǎn)有 6 個(gè)自由度，即 Ux、 Uy、 Uz、 Rotx、Roty、 Rotz。 CONTA174 3D8 節(jié)點(diǎn)面面元 8 UTVM ENDB CONTA175 2D/3D 點(diǎn)面元 1 UTVA ENDB 點(diǎn)面 / 線面 / 面面，實(shí)體 / 梁 / 殼表面 CONTA178 3D 點(diǎn)點(diǎn)元 2 Ux,Uy,Uz EN 任意單元上的節(jié)點(diǎn) ①節(jié)點(diǎn)自由度欄中 UUx ， Uy， Uz(3D)，TTemp ， VVol ， AAz， MMag， R —Rotz ② CONTAC26（點(diǎn)對(duì)地基元）、 CONTAC48/49 （ 2D/3D 點(diǎn)面元）在高版本中不再支持。 CONTA172 2D3 節(jié)點(diǎn)面面元 3 UTVA ENDB TARGE170 3D 目標(biāo)元 8 UTVMR ENB 覆蓋于實(shí)體元，可模擬復(fù)雜形狀 CONTA173 3D4 節(jié)點(diǎn)面面元 4 UTVM ENDB 覆于 3D 實(shí)體單元和殼單元。 CONTAC52 3D 點(diǎn)點(diǎn)元 2 Ux,Uy,Uz ENA TARGE169 2D 目標(biāo)元 3 UTVAR ENB 覆蓋于實(shí)體元，可模擬復(fù)雜形狀 CONTA171 2D2 節(jié)點(diǎn)面面元 2 UTVA ENDB 覆于平面單元和梁?jiǎn)卧? 接觸單元 結(jié)構(gòu)分析單元功能與特性 單元名稱 簡(jiǎn)稱 節(jié)點(diǎn) 數(shù) 節(jié)點(diǎn) 自由度 特性 備注 CONTAC12 2D 點(diǎn)點(diǎn)元 2 Ux,Uy ENA 法向預(yù)加載或間隙。點(diǎn)點(diǎn)單元用于模擬點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的接觸行 為，且預(yù)先知道接觸位置；點(diǎn)面單元用于模擬點(diǎn)對(duì)面 的接觸行為，預(yù)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(duì)面的接觸行 為，支持低階和高階單元，支持大變形行為等。該單元無(wú)面荷載和體荷載，支持彈性、大變 形和生死單元。每個(gè)單元的功能和特性如表 110 所示，其詳細(xì)使用方法參見(jiàn)相關(guān)資料。此類單元當(dāng)用 于一般彈簧時(shí)比較簡(jiǎn)單，而當(dāng)具有控制作用時(shí)，則比 較復(fù)雜。 除 SHELL28 外，均支持變厚度、面荷載及溫度荷載。 僅 SHELL43/63/143 具有面內(nèi) Allman剛度選項(xiàng)， SHELL181 具有 Drill 剛度選項(xiàng)。 僅 SHELL181 支持讀入初應(yīng)力。 殼單元 結(jié)構(gòu)分析單元功能與特性 ⑵其它特點(diǎn)： 除 8 節(jié)點(diǎn)殼元外均具有非協(xié)調(diào)元選項(xiàng)。當(dāng)計(jì)入剪切變 形的殼元用于很薄的板殼結(jié)構(gòu)時(shí)，會(huì)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(shè)剪應(yīng) 變等方法，這兩種方法對(duì)于 Timoshenko 梁效果是一樣 的，但對(duì)于板殼元是不同的。可為分層結(jié)構(gòu) 殼。無(wú)面荷載 SHELL41 膜殼 4 Uxyz EDGBA 有僅拉選項(xiàng) SHELL43 塑性大應(yīng)變 殼 4 Uxyz,Rxyz EPCDFGBA 計(jì)入剪切變形 SHELL51 軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)殼 2 Uxyz,Rotz EPCSDG 有單元相交角度限制 SHELL61 軸對(duì)稱諧波殼 2 EG 荷載可不對(duì)稱 SHELL63 彈性殼 4 Uxyz,Rxyz EDGB 剛度選項(xiàng)，未計(jì)剪切變形 SHELL91 非線性層殼 8 EPSDFGA 計(jì)入剪切變形影響；節(jié)點(diǎn)可偏 置設(shè)置（ 93 除外）。表 19 給出了板殼單元的簡(jiǎn)明特點(diǎn)。殼元比梁元 和實(shí)體元要復(fù)雜的多，因此殼類單元中各種單元的選 項(xiàng)很多。且 SOLID185/186/187 單元均具有位移插值模式和混合插 值模式（ uP 插值），以模擬幾乎不可壓縮的彈塑材料 和完全不可壓縮的超彈材料。 3D 實(shí)體單元 結(jié)構(gòu)分析單元功能與特性 3D 實(shí)體單元 結(jié)構(gòu)分析單元功能與特性 ⑵其它特點(diǎn)： 除 8 節(jié)點(diǎn)單元具有非協(xié)調(diào)單元選項(xiàng)外，其余均不支持 除 8 節(jié)點(diǎn)單元外，其余均適合曲邊模型或不規(guī)則模型 除 10 節(jié)點(diǎn)單元不能退化外，其余單元皆可退化為棱 柱體和四面體單元，且 SOLID95/186 又可退化為金字 塔（也稱寶塔）單元。在較高版本中ANSYS 已不 再推薦使用，幫助文件中也不再介紹，但用命令流仍 然可用。 3D 實(shí)體單元 結(jié)構(gòu)分析單元功能與特性 3D 實(shí)體單元用于模擬三維實(shí)體結(jié)構(gòu)，此類單元每個(gè) 節(jié)點(diǎn)均具有三個(gè)自由度，即 Ux、 Uy、 Uz 三個(gè)平動(dòng)自由 度，各種單元的特性如表 18 所示。 除 4 節(jié)點(diǎn)單元支持非協(xié)調(diào)選項(xiàng)外，其余都不支持。 ⑶其它特點(diǎn)： 四邊形單元均可退化為三角形單元。 2D 實(shí)體單元 結(jié)構(gòu)分析單元功能與特性 ⑵荷載特性：大多支持單元邊界的分布荷載及節(jié)點(diǎn)荷 載，可考慮溫度荷載，支持初應(yīng)力文件等。 PLANE183 是 PLANE182 的高階單元，與 PLANE82 的插值函數(shù)相同，也可退化為 6 節(jié)點(diǎn)三角形。 PLANE82 是 PLANE42 的高階單元， 采用 3 次插值函數(shù)。 PLANE14 5 8 節(jié)點(diǎn)四邊形 P 單元 E 支持 2～ 8 階多項(xiàng)式 PLANE14 6 6 節(jié)點(diǎn)三角形 P 單元 支持 2～ 8 階多項(xiàng)式 PLANE18 2 4 節(jié)點(diǎn)四邊形單元 EPCS D FGBA 具有更多的非線性材料模型 PLANE18 3 8 節(jié)點(diǎn)四邊形單元 是 PLANE182 的高階單元 PLANE25 4 節(jié)點(diǎn)諧結(jié)構(gòu)單元 Ux,Uy Uz EGB 模擬非對(duì)稱荷載的軸對(duì)稱結(jié)構(gòu) PLANE83 8 節(jié)點(diǎn)諧結(jié)構(gòu)單元 是 PLANE25 的高階單元 2D 實(shí)體單元 結(jié)構(gòu)分析單元功能與特性 單元使用應(yīng)注意的其他問(wèn)題： ⑴單元插值函數(shù)及說(shuō)明 :PLANE2 是協(xié)調(diào)元。各種單元的具體特性如表 17 所示。 管單元 結(jié)構(gòu)分析單元功能與特性 管單元特性 表 16 單元 名稱 簡(jiǎn)稱 節(jié)點(diǎn) 數(shù) 特性 備注 PIPE1 6 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 PIPE1 7 3D 彈性 T 型管元 2~4 EDGB 可考慮絕熱、內(nèi)部流體、腐蝕及應(yīng)力 強(qiáng)化 PIPE1 8 3D 彈性彎管元 2+1 EDB PIPE2 0 3D 塑性直管元 2 EPCSDG B 同 PIPE16 PIPE5 9 3D 彈性沉管元 2 EDGB 可模擬海洋波，可考慮水動(dòng)力和浮力 等，其余同 PIPE16，且可模擬電纜 PIPE6 0 3D 塑性彎管元 2+1 EPCSDB 同 PIPE18 2D 實(shí)體單元 結(jié)構(gòu)分析單元功能與特性 2D 實(shí)體單元是一類平面單元，可用于平面應(yīng)力、 平面應(yīng)變和軸對(duì)稱問(wèn)題的分析，此類單元均位于 XY 平 面內(nèi)，且軸對(duì)稱分析時(shí) Y 軸為對(duì)稱軸。 ⑵可計(jì)算薄壁管和厚壁管，但某些應(yīng)力的計(jì)算是基 于薄壁管理論的。該類單元有直管、 T 型管、彎管 和沉管四種單元類型，詳細(xì)特性如表 16 所示。因此關(guān)于水平軸不 對(duì)稱的截面，其應(yīng)力計(jì)算是沒(méi)有意義的。特別注意的是梁?jiǎn)卧? 分布荷載是施加在單元上，而不是施加在幾何線上。 ⑹荷載特性：梁?jiǎn)卧蠖嘀С謫卧玳g分布荷載、集 中荷載和節(jié)點(diǎn)荷載。BEAM23 可 輸入矩形截面、薄壁圓管、圓桿和一般截面的幾何尺 寸來(lái)定義截面。同時(shí) BEAM188/189 支持約束扭轉(zhuǎn)， 通過(guò)激活第七個(gè)自由度使用。 BEAM44 截面不變時(shí)才能采 用梁截面，在不使用梁截面而輸入實(shí)常數(shù)時(shí)可以采用 變截面。而高版本中的 BEAM188/189 也可通過(guò) ENDRELEASE 命令對(duì)自由度 進(jìn)行釋放，如將剛性節(jié)點(diǎn)設(shè)為球鉸等。但考慮剪切變形的梁彎曲理論中，仍 假定原來(lái)垂直于中面的截面變形后仍保持平面，（但不一定 垂直）， ANSYS 考慮剪切變形影響采用兩種方法，即在經(jīng)典 梁元的基礎(chǔ)上引入剪切變形系數(shù)(BEAM3/4/23/24/44/54) 和 Timoshenko 梁元 (BEAM188/189)，前者的截面轉(zhuǎn)角由撓度 的一次導(dǎo)數(shù)導(dǎo)出，而后者則采用了撓度和截面轉(zhuǎn)角各自獨(dú)立 插值，這是兩者的根本區(qū)別。 ⑵剪切變形的影響：當(dāng)梁的高度遠(yuǎn)小于跨度時(shí)可忽略剪切 變形的影響。 BEAM189 3D 二次有限應(yīng) 變梁 3+1 同 BEAM188，但屬二 次梁?jiǎn)卧?。此類單元除BEAM189 實(shí) 為 3 節(jié)點(diǎn)外，其余均為 2 節(jié)點(diǎn)，但有些輔以另外的節(jié)點(diǎn) 決定單元的方向（如表 15 中的節(jié)點(diǎn)數(shù)）。 梁?jiǎn)卧? 結(jié)構(gòu)分析單元功能與特性 梁?jiǎn)卧譃槎喾N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。 LINK180 除不具備雙線性特性(LINK10)外，它 均可應(yīng)用于上述結(jié)構(gòu)中，并且其可應(yīng)用的非線性性質(zhì) 更加廣泛，增加了粘彈塑性材料。 桿單元 結(jié)構(gòu)分析單元功能與特性 ⑷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(shí)，結(jié)構(gòu) 不能是幾何可變的，否則造成位移超限的提示錯(cuò)誤。LINK11 可作用線 荷載；僅有集中質(zhì)量方式。桿元中的應(yīng)力相同，可考慮初應(yīng)變。 桿單元 結(jié)構(gòu)分析單元功能與特性 單元使用另外應(yīng)注意的問(wèn)題： ⑴桿單元均為均質(zhì)直桿，面積和長(zhǎng)度不能為零（ LINK11 無(wú)面積參數(shù)）。不同的單元具有彈性、塑性、蠕變、膨脹、 大轉(zhuǎn)動(dòng)、大撓度（也稱大變形）、大應(yīng)變（也稱有限應(yīng) 變）、應(yīng)力剛化（也稱幾何剛度、初始應(yīng)力剛度等）等 功能，表 14 是該類單元較詳細(xì)的特性。 結(jié)構(gòu)分析單元功能與特性 類別 單元名稱 桿單元 LINK1 ， 8， 10， 11， 180 梁?jiǎn)卧? BEAM3， 4， 23， 24， 44， 54， 188 ，189 管單元 PIPE16， 17， 18， 20， 59， 60 2D 實(shí)體元 PLANE2 ， 25， 42， 82， 83， 145 ，146 ， 182 ， 183 3D 實(shí)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(yīng)元 SURF153， 154 粘彈實(shí)體元 VISCO88， 89， 106 ， 107 ， 108 ， 超彈實(shí)體元 HYPER56， 58， 74， 84， 86， 158 耦合場(chǎng)單元 SOLID5， PLANE13， FLUID29 ， 30， 38， SOLID62，F(xiàn)LUID79 ， FLUID80 ， 81， SOLID98， FLUID129， INFIN110， 111 ，F(xiàn)LUID116， 130 界面單元 INTER192 ， 193 ， 194 ， 195 顯式動(dòng)力 分析單元 LINK160 ， BEAM161， PLANE162 ， SHELL163 ，SOLID164， COMBI165 ， MASS166， LINK167 ， SOLID168 桿單元 結(jié)構(gòu)分析單元功能與特性 桿單元適用于模擬桁架、纜索、鏈桿、彈簧等構(gòu)件。 ⑤交流和保存方便：命令流文件比較小便于保存，對(duì) 于相互交流學(xué)習(xí)甚為方便。 ③可結(jié)合用戶界面處理：可將其它用戶界面相關(guān)的命 令融于命令流中。 命令流方式的主要優(yōu)點(diǎn)有： ①修改簡(jiǎn)單：不必考慮因操作錯(cuò)誤造成模型的重大損 失，也不必考慮 DB 文件的重要性而不斷保存；可以隨 時(shí)修改參數(shù)進(jìn)而改變幾何模型和有限元模型等，一切 都變得那么簡(jiǎn)單和方便。 輸入方式 功能與軟件結(jié)構(gòu) 命令流方式是融 GUI 方式、 APDL、 UPFs、UIDL、 MAC，甚至 TCL/TK 于一個(gè)文本文件中，可通過(guò) /input 命令（或 Utility MenuFileRead Input From ?）讀入 并