目錄

1ANSYS結(jié)構(gòu)分析單元功能與特性0

桿單元:LINK1、8、10、11、1800

梁?jiǎn)卧?BEAM3、4、23、24,44,54,188,1890

管單元:P1PE16,17,18,20,59,601

2D實(shí)體單元:PLANE2,25,42,82,83,145,146,182,1832

3D實(shí)體元:SOLID45,46,64,65,72,73,92,95,147,148,185,186,

187,1913

殼單元:SHELL28,41,43,51,61,63,91,93,99,143,150,181,

208,2094

彈簧單元:COMBIN7,14,37,39,404

質(zhì)量單元:MASS214

接觸單元:CONTAC12,52,TARGE169,17(),CONTA171,172,173,

174,175,1785

矩陣單元:MATRIX27,505

外表效應(yīng)元:SURF153,1545

粘彈實(shí)體元:VISCO88,89,106,107,108,6

超彈實(shí)體元:HYPER56,58,74,84,86,1586

耦合場(chǎng)單元:SOLID5,PLANE13,FLUID29,30,38,SOLID62,FLUID79,

FLUID80,81,SOLID98,FLUID129,INFIN110,111,FLUID116,1306

界面單元:INTER192,193,194,1956

顯式動(dòng)力分析單元:LINK160,BEAM161,PLANE162,SHELL163,

SOLID164,COMBI166

預(yù)緊、多點(diǎn)約束、網(wǎng)分單元6

2ANSYS的根本使用7

ANSYS環(huán)境簡(jiǎn)介7

有限元法的根本構(gòu)架8

ANSYS架構(gòu)及命令9

典型的分析過(guò)程11

ANSYS文件及工作文件名12

圖形控制13

3第三章有限元模型的建立14

建模方法14

坐標(biāo)系統(tǒng)及工作平面14

局部坐標(biāo)系15

激活總體和局部坐標(biāo)系〔聲明坐標(biāo)系統(tǒng)〕15

根據(jù)總體坐標(biāo)系定義局部坐標(biāo)系15

根據(jù)已有的三個(gè)市點(diǎn)定義局部坐標(biāo)系16

根據(jù)已有的三個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)定義局部坐標(biāo)系16

根據(jù)當(dāng)前工作平面定義局部坐標(biāo)系16

根據(jù)激活的坐標(biāo)系定義局部坐標(biāo)系16

刪除局部坐標(biāo)系16

查看激活坐標(biāo)系和局部坐標(biāo)系16

節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)與修改17

將某些節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)到與當(dāng)前激活坐標(biāo)系〔簡(jiǎn)稱(chēng)“當(dāng)前坐標(biāo)系〃）方向一致17

將既有節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)某個(gè)角度17

在創(chuàng)立節(jié)點(diǎn)時(shí)直接定義其坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)角度17

按方向余弦旋轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系17

節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系列表17

單元坐標(biāo)系的定義與修改18

設(shè)置單元坐標(biāo)系18

修改單元坐標(biāo)系方向18

激活品.4:坐標(biāo)系18

激活結(jié)果坐標(biāo)系18

工作平面18

定義工作平面19

通過(guò)3個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)定義工作平面19

通過(guò)3個(gè)節(jié)點(diǎn)定義工作平面19

通過(guò)3個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)定義工作平面19

通過(guò)垂直于線(xiàn)上的某個(gè)位置定義工作平面19

查看工作平面的當(dāng)前狀態(tài)19

詼復(fù)到ANSYS默認(rèn)狀態(tài)）9

移開(kāi)工作平面19

聲明單位系統(tǒng)20

節(jié)點(diǎn)定義20

創(chuàng)立節(jié)點(diǎn)21

刪除節(jié)點(diǎn)21

節(jié)點(diǎn)顯示21

節(jié)點(diǎn)列式22

節(jié)點(diǎn)的填充22

節(jié)點(diǎn)復(fù)制22

單元的定義22

定義單元類(lèi)型23

定義材料的屬性23

定義實(shí)常數(shù)24

定義單元的連接方式24

單元復(fù)制24

單元顯示25

單元列示25

聲明使用已定義單元類(lèi)型25

聲明使用已定義的實(shí)常數(shù)25

聲明使用已定義的單元屬性，25

負(fù)載定義25

進(jìn)入解題處理器26

聲明分析類(lèi)型27

定義節(jié)點(diǎn)的集中力27

定義節(jié)點(diǎn)自由度27

定義在梁?jiǎn)卧系姆植剂?8

定義分布力作用于單元上的方式和大小28

定義節(jié)點(diǎn)間分布力29

對(duì)象選擇29

求解30

用POST1進(jìn)行結(jié)果后處理31

進(jìn)入POST131

讀取結(jié)果31

繪變形圖31

變形動(dòng)畫(huà)31

列表支反力31

應(yīng)力等值線(xiàn)與應(yīng)力等值線(xiàn)動(dòng)畫(huà)31

應(yīng)力等值線(xiàn)動(dòng)畫(huà)32

4實(shí)體模型的建立35

實(shí)體模型簡(jiǎn)介35

實(shí)體模型的建立方法35

群組命令介紹36

點(diǎn)定義36

創(chuàng)立關(guān)鍵點(diǎn)36

在給定坐標(biāo)點(diǎn)創(chuàng)立關(guān)鍵點(diǎn)36

在兩關(guān)鍵點(diǎn)之間創(chuàng)立一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)37

在兩關(guān)轉(zhuǎn)點(diǎn)之間填充多個(gè)點(diǎn)37

復(fù)制創(chuàng)立關(guān)鍵點(diǎn)38

鏡像創(chuàng)立關(guān)鍵點(diǎn)38

列表顯示關(guān)鍵點(diǎn)信息39

屏?幕上顯示關(guān)鍵點(diǎn)39

刪除關(guān)鍵點(diǎn)39

選擇關(guān)鍵點(diǎn)39

選擇與所選線(xiàn)相關(guān)的關(guān)鍵點(diǎn)41

修改關(guān)鍵點(diǎn)坐標(biāo)41

定義點(diǎn)〔NPT〕于節(jié)點(diǎn)上41

創(chuàng)立線(xiàn)41

通過(guò)兩關(guān)鍵點(diǎn)創(chuàng)立線(xiàn)41

通過(guò)兩關(guān)鍵點(diǎn)創(chuàng)立直線(xiàn)42

通過(guò)關(guān)鍵點(diǎn)創(chuàng)立圓弧線(xiàn)42

創(chuàng)立圓或圓弧線(xiàn)43

兩條相交線(xiàn)倒角創(chuàng)立圓弧線(xiàn)44

復(fù)制創(chuàng)立線(xiàn)45

合并兩條或多條線(xiàn)45

將一條線(xiàn)分為多條線(xiàn)46

延長(zhǎng)一條線(xiàn)46

通過(guò)多個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)按樣條創(chuàng)立一條曲線(xiàn)47

關(guān)鍵點(diǎn)繞軸線(xiàn)釗立旋轉(zhuǎn)線(xiàn)47

通過(guò)坐標(biāo)軸段像創(chuàng)立線(xiàn)48

顯示線(xiàn)和刪除線(xiàn)48

列表輸出線(xiàn)信息48

選擇一組線(xiàn)49

選擇與面相關(guān)的線(xiàn)49

選擇與關(guān)鍵點(diǎn)相關(guān)的線(xiàn)50

練習(xí)點(diǎn)和線(xiàn)段的生成50

創(chuàng)立面52

通過(guò)關(guān)鍵點(diǎn)創(chuàng)立面52

通過(guò)線(xiàn)創(chuàng)立面53

沿路徑拖拉創(chuàng)立面53

線(xiàn)繞軸旋轉(zhuǎn)生成弧面54

既有面偏移創(chuàng)立新面54

蒙皮創(chuàng)立光滑曲面54

復(fù)制創(chuàng)立面55

通過(guò)坐標(biāo)軸對(duì)稱(chēng)創(chuàng)立面55

列表輸出面信息55

顯示面56

刪除面56

選擇一組面56

選擇與所選線(xiàn)相關(guān)的面57

選擇與所選體相關(guān)的面57

通過(guò)兩角點(diǎn)坐標(biāo)創(chuàng)立翅形面57

通過(guò)一南點(diǎn)坐標(biāo)和尺寸創(chuàng)立矩形面58

通過(guò)中心坐標(biāo)和尺寸創(chuàng)立矩形面58

在工作平面原點(diǎn)創(chuàng)立圓面或環(huán)面58

通過(guò)圓心坐標(biāo)和半徑等創(chuàng)立圓或環(huán)面59

通過(guò)圓上直徑端點(diǎn)坐標(biāo)創(chuàng)立圓面59

在工作平面原點(diǎn)創(chuàng)立正多邊形面59

在工作平面任意位置創(chuàng)立正多邊形面59

創(chuàng)立體60

通過(guò)關(guān)鍵點(diǎn)創(chuàng)立體60

通過(guò)面創(chuàng)立體61

沿路徑拖拉面創(chuàng)立體62

面繞軸旋轉(zhuǎn)創(chuàng)立柱體62

面偏移創(chuàng)立體63

通過(guò)面延伸創(chuàng)立體63

復(fù)制創(chuàng)立體64

通過(guò)坐標(biāo)軸鏡像創(chuàng)立體64

列表輸出體信息64

顯示體65

刪除體65

創(chuàng)立長(zhǎng)方體65

通過(guò)一角點(diǎn)坐標(biāo)和尺寸創(chuàng)立長(zhǎng)方體65

通過(guò)面中心坐標(biāo)和尺寸創(chuàng)立長(zhǎng)方體65

在工作平面原點(diǎn)創(chuàng)立圓柱體或局部圓柱體65

通過(guò)圓心坐標(biāo)和半徑等創(chuàng)立圓柱體66

通過(guò)圓上直徑兩端點(diǎn)坐標(biāo)創(chuàng)立圓柱體66

在工作平面原點(diǎn)創(chuàng)立正枝柱體66

在工作平面任意住置創(chuàng)立正棱柱體66

在工作平面原點(diǎn)創(chuàng)立球體66

在工作平面任意位置創(chuàng)立球體67

通過(guò)直徑端點(diǎn)生成球體67

以工作平面原點(diǎn)為圓心創(chuàng)立圓錐體67

在工作平面任意位置創(chuàng)立圓錐體67

以工作平面原點(diǎn)為環(huán)心創(chuàng)立環(huán)體68

布爾操作69

布爾運(yùn)算的一般設(shè)置69

布爾運(yùn)笄的容差設(shè)置70

交運(yùn)算Intersection70

加運(yùn)笄Addition72

減運(yùn)算Subtract73

用工作平面切分圖素Sublract74

分割運(yùn)算Partition75

分類(lèi)運(yùn)算Classify75

搭接運(yùn)算Overkip76

拈接Glue（或Merge）76

幾何建模的其它常用命令78

圖形平移、縮放和旋轉(zhuǎn)78

設(shè)置坐標(biāo)軸方向78

設(shè)置視圖方向78

設(shè)起視圖旋轉(zhuǎn)角度78

編號(hào)顯示控制79

顏色顯示控制80

顯示邊界條件和荷載的符號(hào)及數(shù)值80

顯示邊界條件及數(shù)值80

顯示風(fēng)格設(shè)置81

單元尺寸和形狀82

圖素收縮顯示控制82

顯示單元形狀82

等值線(xiàn)顯示控制82

均勻等值線(xiàn)設(shè)置82

設(shè)置等值線(xiàn)的文字標(biāo)注83

顏色設(shè)置83

設(shè)置圖形中浮點(diǎn)數(shù)顯示方式85

設(shè)置變形放大系數(shù)85

設(shè)直矢量顯式長(zhǎng)度86

設(shè)置窗口布局86

圖素顯示控制86

顯示所有圖素87

圖形擦除87

5網(wǎng)格劃分88

區(qū)分實(shí)體模型和有限元模型88

網(wǎng)格化的步驟88

定義單元類(lèi)型90

單元類(lèi)型的KEYOPT90

自由度集90

改變單元類(lèi)型90

單元類(lèi)型的刪除與列表91

實(shí)常數(shù)91

定義實(shí)常數(shù)91

變厚度殼實(shí)常數(shù)定義91

實(shí)常數(shù)組的刪除與列表91

材料屬性92

定義線(xiàn)性材料屬性92

定義線(xiàn)性材料屬性的溫度表92

定義與溫度對(duì)應(yīng)的線(xiàn)性材料特性92

復(fù)制線(xiàn)性材料屬性組92

改變指定單元的材料參考號(hào)93

線(xiàn)性材料屬性列表和刪除93

修改與線(xiàn)脹系數(shù)相關(guān)的溫度93

計(jì)算生成線(xiàn)性材料溫度表93

繪制線(xiàn)性材料特性曲線(xiàn)93

設(shè)置材料庫(kù)讀寫(xiě)的缺省路徑93

讀入材料庫(kù)文件93

將材料屬性寫(xiě)入文件93

激活非線(xiàn)性材料屬性的數(shù)據(jù)表93

定義TB溫度值93

定義TB數(shù)據(jù)表中的數(shù)據(jù)94

定義非線(xiàn)性數(shù)據(jù)曲線(xiàn)上的一個(gè)點(diǎn)94

非線(xiàn)性材料數(shù)據(jù)表的刪除和列表94

非線(xiàn)性材料數(shù)據(jù)表的繪圖94

定義截面類(lèi)型和截面ID94

定義梁截面幾何教據(jù)〔Type=BEAM〕95

定義變極面梁幾何數(shù)據(jù)〔Type=TAPER〕97

定義截面偏移97

梁截面特性列表98

刪除所定義的截,而98

繪制所定義截面98

自定義截面的存盤(pán)和讀入98

定義層殼單元的教據(jù)〔Type=SHELL〕99

定義預(yù)緊截面的教據(jù)〔Type=PRETENSION〕99

修改預(yù)緊截面數(shù)據(jù)99

定義連接數(shù)據(jù)〔Type二JOINT〕99

設(shè)置幾何模型的單元屬性99

設(shè)置關(guān)鍵點(diǎn)單元屬性99

設(shè)直線(xiàn)的單元屬性100

設(shè)置面的單元屬性100

設(shè)置體的單元屬性100

單元形狀控制101

網(wǎng)格類(lèi)型選擇101

中間節(jié)點(diǎn)的位置控制102

單元尺寸控制102

映射網(wǎng)格單元尺寸控制的DESIZE命令102

自由網(wǎng)格單元尺寸控制的SMRTSIZE命令103

線(xiàn)的單元尺寸定義103

關(guān)鍵點(diǎn)最近處單元邊長(zhǎng)定義104

面內(nèi)部的單元尺寸定義105

網(wǎng)格劃分工具105

在關(guān)鍵點(diǎn)處生成點(diǎn)單元106

在幾何線(xiàn)上生成線(xiàn)單元106

在幾何面上生成面單元1()6

在幾何體上生成體單元106

單元有效性檢查-單元形狀參數(shù)限值設(shè)置107

網(wǎng)格修改109

關(guān)鍵點(diǎn)網(wǎng)格去除109

線(xiàn)網(wǎng)格去除109

面網(wǎng)格去除109

體網(wǎng)格去除109

細(xì)化局部網(wǎng)格109

節(jié)點(diǎn)附近細(xì)化109

單元附近細(xì)化109

關(guān)鍵點(diǎn)附近細(xì)化109

線(xiàn)附近細(xì)化109

面附近細(xì)化109

6第六章實(shí)體模型的外力110

對(duì)節(jié)點(diǎn)施加自由度約束110

關(guān)鍵點(diǎn)自由度約束及相關(guān)命令111

列表和刪除關(guān)鍵點(diǎn)自由度約束的命令112

對(duì)線(xiàn)施加自由度約束112

而列表和刪除線(xiàn)上自由度約束112

對(duì)面施加自由度約束113

列表和刪除面上自由度約束113

約束轉(zhuǎn)換命令113

僅轉(zhuǎn)換約束自由度113

邊界條件和荷載轉(zhuǎn)換113

施加集中荷載113

施加節(jié)點(diǎn)集中荷載113

節(jié)點(diǎn)集中荷載列表：FUST114

刪除節(jié)點(diǎn)集中荷莪：FDELE114

施加關(guān)鍵點(diǎn)集中荷載114

施加面荷載114

對(duì)節(jié)點(diǎn)群施加面荷載114

定義節(jié)點(diǎn)號(hào)與面有載的函數(shù)關(guān)系114

定義面荷載梯度114

在單元上施力。面荷載115

在梁?jiǎn)卧┘用婧奢d115

在線(xiàn)上施加面荷載116

在面上施加面荷載116

施加體荷載117

施加慣性荷載117

施加耦合場(chǎng)荷載117

初應(yīng)力荷載及施加117

施加初始常應(yīng)力荷栽117

從文件施加初應(yīng)力荷載118

7輸出選項(xiàng)120

控制寫(xiě)入數(shù)據(jù)庫(kù)和結(jié)果文件的結(jié)果數(shù)據(jù)120

結(jié)果輸出控制121

圖形求解追蹤器121

8分析類(lèi)型與求解控制選項(xiàng)121

9通用與時(shí)間歷程后處理技術(shù)122

定義矢量和主軸的計(jì)算方法122

定義結(jié)果數(shù)據(jù)平均處理122

控制殼或?qū)託卧獢?shù)據(jù)的位置123

定義數(shù)據(jù)輸出格式123

每頁(yè)的標(biāo)題輸出控制123

顯示結(jié)構(gòu)變形圖124

顯示節(jié)點(diǎn)結(jié)果124

顯示單元結(jié)果125

以矢量方式顯示結(jié)果圖125

顯示裂縫或壓碎圖126

列出節(jié)點(diǎn)結(jié)果126

列出單元結(jié)果126

生成單元表126

云圖顯示單元表結(jié)果127

列表顯示單元表結(jié)果127

單元表絕對(duì)值操作127

計(jì)算并輸出單元表數(shù)據(jù)之和127

映射結(jié)果到路徑上128

圖形顯示路徑項(xiàng)數(shù)據(jù)128

沿路徑幾何形狀顯示路徑項(xiàng)數(shù)據(jù)129

列表顯式路徑項(xiàng)數(shù)據(jù)129

對(duì)路徑項(xiàng)數(shù)據(jù)運(yùn)算129

加運(yùn)算129

乘運(yùn)算129

除運(yùn)算130

寐運(yùn)算130

求導(dǎo)運(yùn)算13()

積分運(yùn)算130

10文件管理130

1ANSYS結(jié)構(gòu)分析單元功能與特性

1.1桿單元：LINK1、8、10、11、180

單元名稱(chēng)簡(jiǎn)稱(chēng)節(jié)點(diǎn)數(shù)節(jié)點(diǎn)自由度特性備注

LINK12D桿Ux,UyEPCSDGB常用桿元

LINKS3D桿EPCSDGB

3D僅受拉模擬纜索的松弛

LINK10EDGB

或僅受壓桿及間隙

2

Ux,Uy,Uz模擬液壓虹和大

LINK113D線(xiàn)性調(diào)節(jié)器EGB

轉(zhuǎn)動(dòng)

另可考慮粘彈塑

LINK1803D有限應(yīng)變桿EPCDFGB

性

注：E?彈性(Elasticity),P?塑性(Plasticity),C-端變(Creep),S-膨脹(Swelling),

D-大變形或大撓度(Largedeflection),F?大應(yīng)變(Largestrain)或有限應(yīng)變(Finite

strain),B-單元生死(Birthanddead),G-應(yīng)力剛化(Stressstiffness)或幾何剛度

(Geometricstiffening),A-自適應(yīng)下降(Adaptivedescent)等。

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(xiàn)性靜力分析時(shí)，結(jié)構(gòu)不能是幾何可變的，否那么造成位移超限

的提示錯(cuò)誤。LINK10可模擬繩索、地基彈簧、支座等，如斜拉橋的斜

拉索、懸索、索網(wǎng)結(jié)構(gòu)、纜風(fēng)索、彈性地基、橡膠支座等。LINK180

除不具備雙線(xiàn)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(xiàn)性性質(zhì)更加廣泛，增加了粘彈塑性材料。

LINK1、LINK8和LINK180單元還可用于普通鋼筋和預(yù)應(yīng)力鋼筋的

模擬，其初應(yīng)變可作為施加預(yù)應(yīng)力的方式。

1.2梁?jiǎn)卧?BEAM3、4、23、24,44,54,188,189

梁?jiǎn)卧譃槎喾N單元，分別具有不同的特性，是一類(lèi)軸向拉壓、

彎曲、扭轉(zhuǎn)(3D)單元。

節(jié)點(diǎn)

單元名稱(chēng)簡(jiǎn)稱(chēng)節(jié)點(diǎn)特性備注

自由度

Ux,Uy,

BEAM32D彈性梁2EDGB常用平面梁元

Rotz

EPCSDF

BEAM232D塑性梁2具有塑性等功能

GB

不對(duì)稱(chēng)截面，可偏移

BEAM542D漸變不對(duì)稱(chēng)梁2EDGB

中心軸

拉壓彎扭，常用3D

BEAM43D彈性梁2EDGB

梁元

EPCSD拉壓彎及圣文南扭

BEAM243D簿壁梁2+1

Ux,Uy,UzGB轉(zhuǎn)：開(kāi)口或閉口截面

Rotx,Roty,Rotz拉壓彎扭，不對(duì)稱(chēng)截

面.可偏移中心軸，

BEAM443D漸變不對(duì)稱(chēng)梁2+1EDGB

可釋放節(jié)點(diǎn)自由度，

可采用梁截面

粘彈型Timoshenko

梁，計(jì)入剪切變彩影

BEAM1883D線(xiàn)性有限應(yīng)變梁2+1Ux,Uy,Uz

EPCDF響：可增加翹曲自

Rotx.Ro(y,Rotz

GB由度；可采梁極面

或增加warp

BEAM188,但屬二

BEAM1893D二次有限應(yīng)變梁3+1

次梁?jiǎn)卧?/p>

注：E?彈性(Elasticity),P?塑性(Plasticity),C蠕變(Creep),S-膨脹(Swelling),

D-大變形或大撓度(Largedeflection),F?大應(yīng)變(Largestrain)或有限應(yīng)變(Finite

strain)yB-單元生死(Birthanddead),G-應(yīng)力剛化(Stressstiffness)或幾何剛度

(Geometricstiffening),A-自適應(yīng)下降(Adaptivedescent)等。

單元使用另外應(yīng)注意的問(wèn)題：

(1)梁?jiǎn)卧娣e和長(zhǎng)度不能為零，且2D梁元必須位于XY平面內(nèi)；(2)

剪切變形的影響：(3)自由度釋放：(4)梁截面特性：(5)BEAM23/24實(shí)常

數(shù)的輸入比擬復(fù)雜；⑹荷載特性；⑺應(yīng)力計(jì)算。

1.3管單元:PIPE16,17,18,20,59,60

管單元是一類(lèi)軸向拉壓、彎曲和扭轉(zhuǎn)的3D單元，單元的每個(gè)節(jié)點(diǎn)

均具有6個(gè)自由度，即三個(gè)平動(dòng)自由度Ux、Uy、Uz和三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度

RotXsRoty^Rotz,此類(lèi)單元以3D梁元為根底，包含了對(duì)稱(chēng)性和標(biāo)準(zhǔn)

管幾何尺寸的簡(jiǎn)化特性。

單元使用應(yīng)注意的其他問(wèn)題：

(1)管元長(zhǎng)度、直徑及壁厚均不能為零；

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；

⑶管單元計(jì)入了剪切變形的影響，并可考慮應(yīng)力增強(qiáng)系數(shù)和撓曲

系數(shù)。

該類(lèi)單元有直管、T型管、彎管和沉管四種單元類(lèi)型

單元

簡(jiǎn)稱(chēng)節(jié)點(diǎn)數(shù)特性備注

名稱(chēng)

可考慮兩種溫度梯度及內(nèi)部和外部

PIPE163D彈性直管元2EDGB

壓力

PIPE173D彈性T型管元2?4EDGB可考慮絕熱、內(nèi)部流體、腐蝕及應(yīng)力

PIPE183D彈性彎管元2+1EDB強(qiáng)化

PIPE203D塑性直管元2EPCSDGB同P1PE16

可模擬海洋波，可考慮水動(dòng)力和浮力

PIPE593D彈性沉管元2EDGB

等，其余同PIPE16,且可模擬電纜

PIPE603D塑性彎管元2+1EPCSDB同PIPE18

注：E-彈性(Elasticity),P-塑性(Plasticity),C蠕變(Creep),S-膨脹

(Swelling),D-大變形或大撓度(Largedeflection),F-大應(yīng)變(Largestrain)

或有限應(yīng)變(Finitestrain),B-單元生死(Birthanddead),G-應(yīng)力剛化

(Stressstiffness)或幾何剛度(Geometricstiffening),A-自適應(yīng)下降

(Adaptivedescent)等。

1.42D實(shí)體單元:PLANE2,25,42,82,83,145,146,182,183

2D實(shí)體單元是一類(lèi)平面單元，可用于平面應(yīng)力、平面應(yīng)變和軸對(duì)

稱(chēng)問(wèn)題的分析，此類(lèi)單元均位于XY平面內(nèi)，且軸對(duì)稱(chēng)分析時(shí)Y軸為對(duì)

稱(chēng)軸。

節(jié)點(diǎn)

單元名稱(chēng)簡(jiǎn)稱(chēng)特性備注

自由度

PLANE26節(jié)點(diǎn)三角形單元適用于不規(guī)那么的網(wǎng)格

PLANE424節(jié)點(diǎn)四邊形單元EPCSD其有協(xié)調(diào)和非協(xié)調(diào)元選項(xiàng)

FGBA是PLANE42的高階單元；混合分網(wǎng)的結(jié)

PLANE828節(jié)點(diǎn)四邊形單元

果精度高；；適用于模擬曲線(xiàn)邊界

Ux,Uy

PLANE1458節(jié)點(diǎn)四邊形P單元支持2?8階多項(xiàng)式

E

PLANE1466節(jié)點(diǎn)三角形P單元支持2?8階多項(xiàng)式

PLANE1824節(jié)點(diǎn)四邊形單元EPCSD具有更多的非線(xiàn)性材料模型

PLANE1838節(jié)點(diǎn)四邊形單元FGBA是PLANE182的高階單元

PLANE254節(jié)點(diǎn)諧結(jié)構(gòu)單元Ux,Uy模擬非對(duì)稱(chēng)荷載的軸對(duì)毒結(jié)構(gòu)

EGB

PLANE838節(jié)點(diǎn)諧結(jié)構(gòu)單元Uz是PLANE25的高階單元

注：E?彈性(Elasticity),P-塑性(Plasticity),C?蠕變(Creep),S-膨脹(Swelling),

D-大變形或大撓度(Largedeflection),F-大應(yīng)變(Largestrain)或有限應(yīng)變(Finite

strain),B-單元生死(Birthanddead),G?應(yīng)力剛化(Stressstiffness)或幾何剛度

(Geometricstiffening),A-自適應(yīng)下降(Adaptivedescent)等。

單元使用應(yīng)注意的其他問(wèn)題：

(1)單元插值函數(shù)及說(shuō)明；

⑵荷載特性；

⑶其它特點(diǎn)。

1.53D實(shí)體元:SOLID45,46,64,65,72,73,92,95,147,148,

185,186,187,191

3D實(shí)體單元用于模擬三維實(shí)體結(jié)構(gòu)，此類(lèi)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。

線(xiàn)完全/減縮

單元名稱(chēng)簡(jiǎn)稱(chēng)/3D特性初應(yīng)力備注

點(diǎn)積分

EPCSDFG

SOLID45實(shí)體元8Y/YY正交各向異性材料

BA

SOLID46分層實(shí)體元8EDGY/NN層數(shù)達(dá)250或更多

各向異性實(shí)

SOLID648EDGBAY/NN各向異性材料

體元

SOLID65鋼筋混凝土EPCDFGB

8Y/NN開(kāi)裂，壓碎，應(yīng)力釋放

實(shí)體元A

四面體實(shí)體EPCSDFG

SOLID9210Y/NY正交各向異性材料

元BA

EPCSDFG

SOLID95實(shí)體單元20Y/YY是SOLID45的高階元

BA

SOLID147磚形實(shí)體P元20EY/NNP可設(shè)置_2?8階

四面體實(shí)體P

SOLID14810EY/NNP可設(shè)置2?8階

元

EPCDFGB可模擬幾乎不可壓維

SOLID185實(shí)體單元8Y/Y等Y

A的彈塑和完全不可壓

EPCDFGB

SOLID186實(shí)體單元20Y/YY縮的超彈

A

四面體實(shí)體EPCDFGB

SOLID18710Y/NY

元A

SOLID19I分層實(shí)體元20EGAY/NN層數(shù)WI00

注：E?彈性(Elasticity),P?塑性(Plasticity),C蠕變(Creep),S?膨脹(Swelling),

D-大變形或大撓度(Largedeflection),F?大應(yīng)變(Largestrain)或有限應(yīng)變(Finite

strain),B■單元生死(Birthanddead),G-應(yīng)力剛化(Stressstiffness)或幾何剛度

(Geometricstiffening),A-自適應(yīng)下降(Adaptivedescent)等。

單元使用應(yīng)注意的問(wèn)題：

⑴關(guān)于SOLID72/73單元；〔2〕SOLID185積分方式可選擇。

1.6殼單元:SHELL28,41,43,51,61,63,91,93,99,143,

150,181,208,209

殼單元可以模擬平板和曲殼一類(lèi)結(jié)構(gòu)。殼元比梁元和實(shí)體元要復(fù)

雜的多，因此殼類(lèi)單元中各種單元的選項(xiàng)很多。

桿、梁?jiǎn)卧话鍤卧粚?shí)體單元

單元使用應(yīng)注意的問(wèn)題：

⑴通常不計(jì)剪切變形的殼元用于薄板殼結(jié)構(gòu)，而計(jì)入剪切變形的

殼元用于中厚度板殼結(jié)構(gòu)。

1.7彈簧單元:COMBIN7,14,37,39,40

彈簧單元是一類(lèi)專(zhuān)門(mén)模擬“彈簧"行為的單元，不同于用結(jié)構(gòu)單元

〔如LINK等〕的模擬。

1.8質(zhì)量單元:MASS21

MASS21為具有6個(gè)自由度的點(diǎn)單元，即只有一個(gè)節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)自自

由度可為Ux、Uy、Uz、Rotx、Roty.Rotz,通過(guò)不同設(shè)置可僅考慮2D

或3D內(nèi)的平動(dòng)自由度及其組合，它每個(gè)坐標(biāo)方向可以具有不同的質(zhì)量

和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量口該單元無(wú)面荷載和體荷載，支持彈性、大變形和生死單

o

1.9接觸單元:CONTAC12,52,TARGE169,170,CONTA171,

172,173,174,175,178

ANSYS支持三種接觸方式，即點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、點(diǎn)對(duì)面和面對(duì)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(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。

1.10矩陣單元:MATRIX27,50

MATRIX27為剛度、阻尼、質(zhì)量矩陣單元，可表示一種任意的單

元。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、Rotzo該單元無(wú)面荷載和體

荷載，但支持單元生死功能。其矩陣可為對(duì)稱(chēng)或不對(duì)稱(chēng)形式，通過(guò)

Kcyopt(3)設(shè)置為剛度矩陣、或阻尼矩陣、或質(zhì)量矩陣。本單元可模擬

任意類(lèi)型的單元，如可模擬特殊彈簧和節(jié)點(diǎn)柔性連接等。

MATRIX50為超單元，它是預(yù)先裝配好的可獨(dú)立使用的一組單元。

該單元無(wú)節(jié)點(diǎn)和實(shí)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(guò)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(xiàn)性〔忽略所包含的單元非線(xiàn)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超單元那么只能用于三維分析。

1.11外表效應(yīng)元:SURF153,154

51；1^^53天^1}1^^54分另1］為2口#43口名古構(gòu)夕卜表效應(yīng)單元，可用于各

種荷載〔法向、切向、法向漸變、輸入矢量方向等〕及外表效應(yīng)〔根

底剛度、外表張力及附加質(zhì)量等〕情況，可覆蓋于任何二維〔軸對(duì)稱(chēng)

諧結(jié)構(gòu)單元PLANE25/83除外〕和三維結(jié)構(gòu)實(shí)體單元外表。

1.12粘彈實(shí)體元:VISCO88,89,106,107,108,

1.13超彈實(shí)體元:HYPER56,58,74,84,86,158

1.14耦合場(chǎng)單元:SOLID5,PLANE13,FLUID29,30,38,

SOLID62,FLUID79,FLUID80,81,SOLID98,FLUID129,

INFIN110,111,FLUID116,13()

1.15界面單元:INTER192,193,194,195

1.16顯式動(dòng)力分析單元:LINK160,BEAM161,PLANE162,

SHELL163,SOLID164,COMBI16

1.17預(yù)緊、多點(diǎn)約束、網(wǎng)分單元

〔1〕PRETS179為2D/3D預(yù)緊單元，用于定義網(wǎng)分后的二維或三維

結(jié)構(gòu)預(yù)緊區(qū)，可由任意結(jié)構(gòu)單元〔桿、梁、管、殼、2D實(shí)體和3D實(shí)體〕

建立。該單元具有3個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)具有一個(gè)自由度Ux,該Ux為預(yù)

緊方向的位移，ANSYS通過(guò)幾何條件將預(yù)緊力施加到指定的預(yù)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(xiàn)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(diǎn)K,且K節(jié)點(diǎn)必須位于整體直角坐標(biāo)系。

〔2〕MPC184為多點(diǎn)約束單元，有剛性桿、剛性梁、滑移、球形、

銷(xiāo)釘、萬(wàn)向接頭的約束，適用于使用拉格朗日乘子的具有運(yùn)動(dòng)約束時(shí)

情況，該單元可用于機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)，如起重機(jī)、挖掘機(jī)、汽車(chē)、機(jī)床和

機(jī)器人等。該單元有2個(gè)或3個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)具有Ux、Uy(2D)或Ux、

Uy、Uz(3D)或Ux、Uy、Uz^Rotx>Roty>Rolz(3D)自由度。無(wú)實(shí)常

數(shù)和面荷載，支持溫度荷載及轉(zhuǎn)動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，支持大變形和單元生

死。

(3)MESH200是僅用來(lái)劃分網(wǎng)格的單元，對(duì)計(jì)算結(jié)果毫無(wú)影響。它

是為實(shí)現(xiàn)多步網(wǎng)格劃分的操作而設(shè)計(jì)的。該單元可用于劃分兩維或三

維空間的線(xiàn)，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(méi)有中間節(jié)點(diǎn)的情況。MESH200單元可與

任意其它單元一起使用，當(dāng)不再需要它時(shí)，可以將其刪除或保存

2ANSYS的根本使用

2.1ANSYS環(huán)境簡(jiǎn)介

ANSYS有兩種模式：一種是交互模式〔InteractiveMode〕,另一

個(gè)是非交互模式〔BalchMode〕o交互模式是初學(xué)者和大多數(shù)使用者

所采用，包括建模、保存文件、打印圖形及結(jié)果分析等，一般無(wú)特別

原因皆用交互模式。但假設(shè)分析的問(wèn)題要很長(zhǎng)時(shí)間，如一、兩天等，

可把分析問(wèn)題的命令做成文件，利用它的非交互模式進(jìn)行分析。

運(yùn)行該程序一般采用Interactive進(jìn)入，這樣可以定義工作名稱(chēng)，

并且存放到指定的工作目錄中。假設(shè)使用RunInteractiveNow進(jìn)入還

需使用命令定義工作文件名或使用默認(rèn)的文件名，使用該方式進(jìn)入一

般是為恢復(fù)上一次中斷的分析。所以在開(kāi)始分析一個(gè)問(wèn)題時(shí)，建議使

用Interactive進(jìn)入交互模式。

進(jìn)入系統(tǒng)后會(huì)有6個(gè)窗口，提供使用者與軟件之間的交流，憑借這

6個(gè)窗口可以非常容易的輸入命令、檢查模型的的建立、觀察分析結(jié)果

及圖形輸出與打印。整個(gè)窗口系統(tǒng)稱(chēng)為GUl(GraphicalUserInterface).

如圖2-1所示。

各窗口的功能如下：

應(yīng)用命令菜單〔UtilityMenu〕:包含各種應(yīng)用命令，如文件控制

〔File〕、對(duì)象選擇〔Select〕、資料列式[List)、圖形顯示〔plot〕、

圖形控制〔PlotCtrls〕、工作界面設(shè)定〔WorkPlane〕、參數(shù)化設(shè)計(jì)

[ParameersJ、宏命令〔Macro〕、窗口控制〔McnuCtrls〕及輔助說(shuō)

明CHelp)等。

主菜單〔MainMenu〕:包含分析過(guò)程的主要命令，如建立模塊、

外力負(fù)載、邊界條件、分析類(lèi)型的選擇、求解過(guò)程等。

工具欄〔Toolbar〕:執(zhí)行命令的快捷方式，可依照各人愛(ài)好自行

設(shè)定。

輸入窗口〔InputWindow〕:該窗口是輸入命令的地方，同時(shí)可

監(jiān)視命令的歷程。

圖形窗口〔GraphicWindow]:顯示使用者所建立的模塊及查看

結(jié)果分

1析。

1輸出窗口(OutputWindow)：該窗口表達(dá)了輸入命令執(zhí)行的結(jié)

果。

圖2-1ANSYS6個(gè)學(xué)口示意?

2.2有限元法的根本構(gòu)架

目前在工程領(lǐng)域內(nèi)常用的數(shù)值模擬方法有：有限元法、邊界元法、

離散單元法和有限差分法，就其廣泛性而言，主要還是有限單元法。

它的根本思想是將問(wèn)題的求解域劃分為一系列的單元，單元之間僅靠

節(jié)點(diǎn)相連。單元內(nèi)部的待求量可由單元節(jié)點(diǎn)量通過(guò)選定的函數(shù)關(guān)系插

值得到。由于單元形狀簡(jiǎn)單，易于平衡關(guān)系和能量關(guān)系建立節(jié)點(diǎn)量的

方程式，然后將各單元方程集組成總體代數(shù)方程組，計(jì)入邊界條件后

可對(duì)方程求解。

有限元的根本構(gòu)成：

節(jié)點(diǎn)〔Node〕:就是考慮工程