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ANSYS 中单元类型介绍和单元的选择原则
ANSYS 中单元类型的选择
初学 ANSYS 的人,通常会被 ANSYS 所提供的众多纷繁复杂的单元类型弄花了
眼,如何选择正确的单元类型,也是新手学习时很头疼的问题。
单元类型的选择, 跟你要解决的问题本身密切相关。 在选择单元类型前, 首先你
要对问题本身有非常明确的认识, 然后,对于每一种单元类型, 每个节点有多少
个自由度,它包含哪些特性,能够在哪些条件下使用,在 ANSYS 的帮助文档中
都有非常详细的描述, 要结合自己的问题, 对照帮助文档里面的单元描述来选择
恰当的单元类型。
1.该选杆单元( Link )还是梁单元 (Beam) ?
这个比较容易理解。 杆单元只能承受沿着杆件方向的拉力或者压力, 杆单元不能
承受弯矩,这是杆单元的基本特点。
梁单元则既可以承受拉,压,还可以承受弯矩。如果你的结构中要承受弯矩,肯
定不能选杆单元。
对于梁单元,常用的有 beam3,beam4,beam188 这三种,他们的区别在于:
1)beam3 是 2D 的梁单元,只能解决 2 维的问题。
2)beam4 是 3D 的梁单元,可以解决 3 维的空间梁问题。
3)beam188 是 3D 梁单元,可以根据需要自定义梁的截面形状。
2.对于薄壁结构,是选实体单元还是壳单元?
对于薄壁结构,最好是选用 shell 单元, shell 单元可以减少计算量,如果你非要
用实体单元,也是可以的,但是这样计算量就大大增加了。而且,如果选实体单
元,薄壁结构承受弯矩的时候, 如果在厚度方向的单元层数太少, 有时候计算结
果误差比较大,反而不如 shell 单元计算准确。
实际工程中常用的 shell 单元有 shell63,shell93 。shell63 是四节点的 shell
单元 (可以退化为三角形 ),shell93 是带中间节点的四边形 shell 单元 (可以退化为
三角形 ),shell93 单元由于带有中间节点,计算精度比 shell63 更高,但是由于节
点数目比 shell63 多,计算量会增大。对于一般的问题,选用 shell63 就足够了。
除了 shell63,shell93 之外,还有很多其他的 shell 单元,譬如 shell91,shell131 ,
shell163 等等,这些单元有的是用于多层铺层材料的, 有的是用于结构显示动力
学分析的,一般新手很少涉及到。通常情况下, shell63 单元就够用了。
3.实体单元的选择
![](https://csdnimg.cn/release/download_crawler_static/38681125/bg2.jpg)
实体单元类型也比较多, 实体单元也是实际工程中使用最多的单元类型。 常
用的实体单元类型有 solid45, solid92,solid185,solid187 这几种。其中把
solid45,solid185 可以归为第一类,他们都是六面体单元,都可以退化为四面体
和棱柱体,单元的主要功能基本相同 ,(SOLID185 还可以用于不可压缩超弹性材
料)。Solid92, solid187 可以归为第二类,他们都是带中间节点的四面体单元,
单元的主要功能基本相同。
实际选用单元类型的时候, 到底是选择第一类还是选择第二类呢?也就是到
底是选用六面体还是带中间节点的四面体呢?
如果所分析的结构比较简单, 可以很方便的全部划分为六面体单元, 或者绝大部
分是六面体,只含有少量四面体和棱柱体,此时,应该选用第一类单元,也就是
选用六面体单元; 如果所分析的结构比较复杂, 难以划分出六面体, 应该选用第
二类单元,也就是带中间节点的四面体单元。
新手最容易犯的一个错误就是选用了第一类单元类型 (六面体单元 ),但是,在划
分网格的时候, 由于结构比较复杂, 六面体划分不出来, 单元全部被划分成了四
面体,也就是退化的六面体单元, 这种情况, 计算出来的结果的精度是非常糟糕
的,有时候即使你把单元划分的很细, 计算精度也很差, 这种情况是绝对要避免
的。
六面体单元和带中间节点的四面体单元的计算精度都是很高的,他们的区别在
于:一个六面体单元只有 8 个节点,计算规模小, 但是复杂的结构很难划分出好
的六面体单元, 带中间节点的四面体单元恰好相反, 不管结构多么复杂, 总能轻
易地划分出四面体,但是,由于每个单元有 10 个节点,总节点数比较多,计算
量会增大很多。
前面把常用的实体单元类型归为 2 类了,对于同一类型中的单元, 应该选哪一种
呢?通常情况下, 同一个类型中, 各种不同的单元, 计算精度几乎没有什么明显
的差别。选取的基本原则是优先选用编号高的单元。 比如第一类中, 应该优先选
用 solid185 。第二类里面应该优先选用 solid187 。ANSYS 的单元类型是在不断
发展和改进的, 同样功能的单元, 编号大的往往意味着在某些方面有优化或者增
强。
对于实体单元,总结起来就一句话:复杂的结构用带中间节点的四面体,优选
solid187 ,简单的结构用六面体单元,优选 solid185 。
土木计算过程中常用的单元和材料类型!
一、单元
![](https://csdnimg.cn/release/download_crawler_static/38681125/bg3.jpg)
(1)link(杆)系列:
link1(2D) 和 link8(3D) 用来模拟珩架,注意一根杆划一个单元。
link10 用来模拟拉索,注意要加初应变,一根索可多分单元。
link180 是 link10 的加强版,一般用来模拟拉索。
(2)beam( 梁)系列:
beam3(2D) 和 beam4(3D) 是经典欧拉梁单元,用来模拟框架中的梁柱,画弯据
图用 etab 读入 smisc 数据然后用 plls 命令。注意:虽然一根梁只划一个单元在
单元两端也能得到正确的弯矩图, 但是要得到和结构力学书上的弯据图差不多的
结果还需多分几段。该单元需要手工在实常数中输入 Iyy 和 Izz,注意方向。
beam44 适合模拟薄壁的钢结构构件或者变截面的构件, 可用 "/eshape,1" 显示单
元形状。
beam188 和 beam189 号称超级梁单元, 基于铁木辛科梁理论, 有诸多优点: 考
虑剪切变形的影响, 截面可设置多种材料, 可用"/eshape,1" 显示形状, 截面惯性
矩不用自己计算而只需输入截面特征,可以考虑扭转效应,可以变截面( 8.0 以
后),可以方便地把两个单元连接处变成铰接( 8.0 以后,用 ENDRELEASE 命
令)。缺点是:8.0 版本之前 beam188 用的是一次形函数, 其精度远低于 beam4
等单元,一根梁必须多分几个单元。 8.0 之后可设置 “KEYOPT(3)=2”变成二次形
函数,解决了这个问题。可见 188 单元已经很完善,建议使用。 beam189 与
beam188 的区别是有 3 个结点, 8.0 版之前比 beam188 精度高,但因此建模较
麻烦, 8.0 版之后已无优势。
(3)shell( 板壳 )系列
shell41 一般用来模拟膜。
shell63 可针对一般的板壳,注意仅限弹性分析。
它的塑性版本是 shell43 。
加强版是 shell181 (注意 18*系列单元都是 ansys 后开发的单元, 考虑了以前单
元的优点和缺陷,因而更完善),优点是:能实现 shell41 、shell63 、shell43...
的所有功能并比它们做的更好, 偏置中点很方便 (比如模拟梁版结构时常要把板
中面望上偏置),可以分层,等等。
(4)solid (体)系列
土木中常用的就 solid45 、46、65、95 等。
45 就不用多说了, 95 是它的带中结点版本。
solid46 可以容忍单元的长厚比达到 20 比 1,可以用来模拟钢板碳纤维板钢管等。
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