1、會計學1ANSYS單元單元(dnyun)選擇選擇第一頁，共15頁。二維實體單元二維實體單元: :用于模擬實體的橫截面用于模擬實體的橫截面必須必須(bx)(bx)在總體笛卡爾坐標系的在總體笛卡爾坐標系的X XY Y平面內建平面內建模模所有載荷都在所有載荷都在X XY Y平面上，響應（位移）也在平面上，響應（位移）也在X XY Y平面平面單元的可以有下列特性單元的可以有下列特性: :平面應力平面應力平面應變平面應變軸對稱軸對稱軸對稱簡諧軸對稱簡諧Y X Z 第2頁/共15頁第1頁/共15頁第二頁，共15頁。平面應力平面應力 假定在假定在Z方向的應力為零方向的應力為零有效的組成為有效的組成為Z方向比

2、方向比X及及Y方向的尺寸小得多方向的尺寸小得多Z向應變非零向應變非零允許任意厚度允許任意厚度(Z向向)用于諸如承受用于諸如承受(chngshu)面內載荷的平板面內載荷的平板 或承受或承受(chngshu)壓力或離心載荷的薄盤壓力或離心載荷的薄盤Y X Z 第3頁/共15頁第2頁/共15頁第三頁，共15頁。平面應變平面應變 假定假定Z方向方向(fngxing)為零應變?yōu)榱銘冇糜谟糜赯向尺寸遠大于向尺寸遠大于X及及Y向尺寸的情況向尺寸的情況Z向應力非零向應力非零用于長、諸如結構梁等截面形狀不變的結構用于長、諸如結構梁等截面形狀不變的結構Y X Z 第4頁/共15頁第3頁/共15頁第四頁，共15頁

3、。軸對稱軸對稱 假定三維結構及其載荷可由假定三維結構及其載荷可由2維截面通過沿維截面通過沿Y軸旋轉軸旋轉360 得到得到對稱軸必須與總體對稱軸必須與總體Y軸重合軸重合負的負的X 坐標不允許坐標不允許Y 方向方向(fngxing)為軸，為軸，X方向方向(fngxing)為徑向，為徑向，Z方向方向(fngxing)為周向（環(huán)向）為周向（環(huán)向）環(huán)向位移為零；環(huán)向應變和應力通常十分顯著環(huán)向位移為零；環(huán)向應變和應力通常十分顯著用于壓力容器、直管、軸等用于壓力容器、直管、軸等第5頁/共15頁第4頁/共15頁第五頁，共15頁。三維實體單元三維實體單元:用于幾何模型、材料、載荷或要求的結構細節(jié)用于幾何模型、材

4、料、載荷或要求的結構細節(jié)不能用簡化形式不能用簡化形式(xngsh)的單元模擬的情況。的單元模擬的情況。還用于幾何模型由三維還用于幾何模型由三維CAD系統(tǒng)輸入的情況，系統(tǒng)輸入的情況，如果轉化為二維或殼單元形式如果轉化為二維或殼單元形式(xngsh)需要大需要大量時間和精力。量時間和精力。第6頁/共15頁第5頁/共15頁第六頁，共15頁。單元階次單元階次單元階次指單元形函數(shù)多項式的階次單元階次指單元形函數(shù)多項式的階次何為形函數(shù)何為形函數(shù)?給出單元結果形狀的數(shù)學函數(shù)。因為有限元求解器給出單元結果形狀的數(shù)學函數(shù)。因為有限元求解器只解出節(jié)點的自由度值，需要形函數(shù)將節(jié)點自只解出節(jié)點的自由度值，需要形函數(shù)將

5、節(jié)點自由度值映射到單元內的點上。由度值映射到單元內的點上。形函數(shù)代表給定單元的假定的表現(xiàn)形函數(shù)代表給定單元的假定的表現(xiàn)每個假定的單元形函數(shù)與真實情況的匹配每個假定的單元形函數(shù)與真實情況的匹配(ppi)程程度直接影響求解精度度直接影響求解精度第7頁/共15頁第6頁/共15頁第七頁，共15頁。自由度值二次分布自由度值二次分布實際為二次曲線實際為二次曲線線性近似線性近似(較差的結果較差的結果)二階近似二階近似 (最好的結果最好的結果)用多個單元的線性近似用多個單元的線性近似(好結果好結果)第8頁/共15頁第7頁/共15頁第八頁，共15頁。線單元線單元只支持線性變化的位移只支持線性變化的位移因此一個單

6、元內為常因此一個單元內為常應力應力對單元扭曲高度對單元扭曲高度(god)敏感敏感如果僅對名義應力結果如果僅對名義應力結果感興趣則可接受感興趣則可接受對高應力梯度區(qū)需要大對高應力梯度區(qū)需要大量單元量單元二次單元二次單元支持二次變化的位移及在一個單元內線性變化的應力支持二次變化的位移及在一個單元內線性變化的應力能代表曲邊邊界及曲面，比線性單元更為準確。對單元的扭曲不太敏感能代表曲邊邊界及曲面，比線性單元更為準確。對單元的扭曲不太敏感對高精度應力感興趣的情況建議對高精度應力感興趣的情況建議(jiny)采用采用比線性單元給出的結果更好，多數(shù)情況下用更少的單元及總的自由度即可達到比線性單元給出的結果更好

7、，多數(shù)情況下用更少的單元及總的自由度即可達到第9頁/共15頁第8頁/共15頁第九頁，共15頁。注意注意:對殼單元，線性單元及二次單元的差別不如對殼單元，線性單元及二次單元的差別不如(br)實體單元顯著，因此通常優(yōu)先采用線性實體單元顯著，因此通常優(yōu)先采用線性殼單元殼單元除了線性及二次單元，第三種單元為除了線性及二次單元，第三種單元為P單元。單元。P單元支持單個單元內二到八階變化的位移，包單元支持單個單元內二到八階變化的位移，包括自動求解收斂控制。括自動求解收斂控制。第10頁/共15頁第9頁/共15頁第十頁，共15頁。網(wǎng)格密度網(wǎng)格密度有限元的基本假定為單元數(shù)目（網(wǎng)格密度）增加有限元的基本假定為單元

8、數(shù)目（網(wǎng)格密度）增加，求解越接近真實解。，求解越接近真實解。然而，求解時間和計算機資源隨單元數(shù)目的增加然而，求解時間和計算機資源隨單元數(shù)目的增加會急劇增加。會急劇增加。分析分析(fnx)的目標通常為下面滑塊移到什么位置的目標通常為下面滑塊移到什么位置第11頁/共15頁第10頁/共15頁第十一頁，共15頁。對高精度應力感興趣：對高精度應力感興趣：需要細致的網(wǎng)格，任何需要高精度的部位都不應該需要細致的網(wǎng)格，任何需要高精度的部位都不應該(ynggi)忽略幾何細節(jié)忽略幾何細節(jié)應該應該(ynggi)論證應力集中論證應力集中模型中的任何位置處的任何簡化都會引起顯著的錯誤模型中的任何位置處的任何簡化都會引起

9、顯著的錯誤對變形或名義應力感興趣對變形或名義應力感興趣:相對粗糙的網(wǎng)格已經(jīng)足夠相對粗糙的網(wǎng)格已經(jīng)足夠小的幾何模型細節(jié)可以忽略小的幾何模型細節(jié)可以忽略第12頁/共15頁第11頁/共15頁第十二頁，共15頁。對模態(tài)振型對模態(tài)振型(模態(tài)分析模態(tài)分析):小的細節(jié)通常可以忽略小的細節(jié)通常可以忽略用相對粗糙的網(wǎng)格即可以捕捉到簡單的模態(tài)形狀用相對粗糙的網(wǎng)格即可以捕捉到簡單的模態(tài)形狀復模態(tài)形狀要求一個均勻中等密度的網(wǎng)格復模態(tài)形狀要求一個均勻中等密度的網(wǎng)格熱分析熱分析:小的細節(jié)可以忽略，但由于熱分析之后通常是應力分析，所以要根據(jù)應力的考慮確定小的細節(jié)可以忽略，但由于熱分析之后通常是應力分析，所以要根據(jù)應力的考慮

10、確定網(wǎng)格密度通常由預期的熱梯度網(wǎng)格密度通常由預期的熱梯度(t d)確定。高熱梯度確定。高熱梯度(t d)要求較細的網(wǎng)格，對較小的梯度要求較細的網(wǎng)格，對較小的梯度(t d)用粗糙的網(wǎng)格也足夠了用粗糙的網(wǎng)格也足夠了第13頁/共15頁第12頁/共15頁第十三頁，共15頁。結構分析常用結構分析常用(chn yn)單元類型單元類型:實體實體 SOLID45 SOLID92 SOLID95 SOLID185殼殼 SHELL63 SHELL181梁梁 BEAM4 BEAM188 BEAM189質量質量 MASS21桿桿 LINK10 LINK11管管 PIPE16 PIPE17 PIPE18 PIPE20 PIPE59 PIPE60表面效應表面效