复合材料SHELL181单元完全攻略
ANSYS命令流学习笔记圆柱形shell单元的复合材料分析
! ANSYS命令流学习笔记15-圆柱形shell单元的复合材料分析!学习重点：!1、熟悉单元坐标系下的铺层当零件形状为规则圆筒时，如何进行铺层建立局部的柱坐标系，将需要铺层单元坐标设置为局部坐标系，进行铺层即可。
譬如圆筒铺层的单元坐标系要建立局部圆柱坐标系。
如果还使用笛卡尔坐标系，铺层也能进行，但是铺层方向有很大不同，求解结果也会异常。
所以划分网格时，确认单元坐标系选择，划分网格之后，检查单元坐标系情况。
确认铺层方向符合预期要求。
本例中要特别注意横向（即Y向）是否符合要求。
!2、熟悉圆面的建模和局部坐标系建立不解释!3、熟悉利用MPC施加扭矩APDL如何对一个圆周施加扭矩在圆心处建立一个节点，然后用MPC单元连接圆心节点和圆周节点，然后在圆心节点上施加一个扭矩即可。
注意将MPC单元的属性改为刚性梁。
注意这里MPC单元的利用，也是自己的一些理解。
很多细节也不知道如何在APDL实现。
!问题描述! 传动轴长度为1m，壁厚，直径，铺层共十层，角度为-45/45/-45/45/-45/45/-45/45/-45/45。
一端固定，一端圆周施加扭矩M=2000N·m。
复合材料为横向正交各向异性Ex，Ey，Ez，Vxy，Vyz，Vxz，Gxy，Gyz，Gxz分别为195e9Pa, 35e9Pa, 35e9Pa,, , , 15e9Pa, , 15e9Pa。
应力失效参数：+X:767E6Pa; -X:392E6Pa; +Y:20E6Pa; -Y:70E6Pa; +Z:30E6Pa; -Z:55E6Pa; Sxy: 41E6Pa; Syz: 30E6Pa; Sxz: 41E6Pa。
应变失效参数：+X:; -X:; +Y:; -Y:; +Z:; -Z:; Sxy: ; Syz: ; Sxz:。
!APDL命令：finish/clear/title, composite shaft/prep7et,1,shell181 !选择单元181keyopt,1,8,1 !保存每一层的数据et,2,184keyopt,2,1,1 !定义MPC184单元，利用其施加扭矩。
hypermesh技巧总结
有限元仿真经验技巧总结1. 装配体接触面之间如何使节点对齐？法一：通过实体切割，产生对齐的实体轮廓线，划分网格时自动对齐。
法二：两实体通过布尔运算合并，然后切割划分网格。
法三：各自划分网格，然后节点合并（ equivalence ），然后分离（ detach ）。
法四：投影 project法五：两实体接触表面网格若不对齐，可以通过选取它们的面网格来进行节点对齐。
2. 如何删除重复的单元？首先，把重复单元节点合并；然后， tool/check elems/duplicates,save failed ；最后， delete/elems, 选择 retrieve , 即可删除重复单元。
3. 切割实体划分实体单元时，如何保证每一块都是可映射的，即可划分的？最好是保证实体每个面只有边界线，面内无其他切割实体边界线。
其次是只有一个面内有边界线。
4. 如何快速创建节点？按住鼠标左键在边界线拖动，直至边界线变亮时松开，点击就出现节点。
5. 如何镜像实体或单元？Tool/reflect, 选中实体或单元， duplicate , 镜像平面， OK.6. 对于较规则的实体，快速生成六面体单元的方法有哪些？1）对于较规则的方形体，可以在其中一面上 automesh ，然后直接 solidmap/one volume 划分。
或者由二维面网格 linear drag 生成。
2）对于可旋转的规则环形体，确定其中一面二维网格，然后 spin 。
3）对一般的六面体，需要先确定的相对面的面网格，要保证数量一致，然后通过 linear solid.7. 对于分散对称的载荷施加区域，如风机轮毂上的载荷，塔筒截面上的载荷，怎么加载简单有效？创建中心质点 Mass21 ，赋予其很小的质量，适用静力加载、小变形，不考虑转动惯量。
然后把中心质点和受力区域节点，建立柔性连接 rbe3 ，可以传递力和力矩，耦合六个自由度。
对于实体单元之间建立刚性连接 CERIG, 如螺栓与螺母之间的绑定接触，所有节点不产生相对位移，只产生刚体运动，只需耦合 3 个平动自由度，适用小变形。
ANSYS命令流学习笔记14-shell单元的铺层复合材料分析
! ANSYS命令流学习笔记14-shell单元的铺层复合材料分析!学习重点：!1、熟悉复合材料的材料特点工程应用中典型的复合材料为纤维增强复合材料。
玻璃纤维增强塑料（玻璃钢）、碳纤维、石墨纤维、硼纤维等高强度和高模量纤维。
复合材料各层为正交各向异性材料（Orthotropic）或者横向各向异性材料（Transversal Isotropic），材料的性能与材料主轴的取向有关。
各向异性Anisotropic，一般的各项同性材料需要两个材料参数弹性模量E和泊松比v。
而各向异性在XYZ有着不同的材料属性，而且拉伸行为和剪切行为互相关联。
定义其几何方程需要21个参数。
正交各向异性orthotropic，在XYZ有着不同的材料属性，而且拉伸行为和剪切行为无关，定义材料需要9个参数：Ex，Ey，Ez，Vxy，Vyz，Vxz，Gxy，Gyz，Gxz。
横向各向异性Transversal Isotropic，属于各向异性材料，但是在某个平面上表现出二维上的各向同性。
!2、熟悉复合材料分析所用的ANSYS单元复合材料单元关键在于能够实现铺层。
不同截面属性的梁单元（beam188, beam189, elbow290），2D对称壳单元（shell208, shell209），3D铺层壳单元（shell181, shell281, shell131, shell132），3D铺层实体单元（solid185, solid186, solsh190, solid278, solid279），均能实现复合材料的搭建。
其中Beam单元和2D对称壳单元很少使用。
SHELL91、SHELL99、SOLID46、SOLID191用于一些以前的分析教程中，但是现在这些单元已经被淘汰，最好选择下列单元区替代他们。
用越来越少的单元做越来越多的事情也是趋势。
Shell208和shell209，2D对称壳单元前者为2节点3自由度单元，后者为3节点3自由度单元，均能用于薄板和中厚板结构（L/h > 5-8）。
复合材料整体成型大后掠机翼设计与验证研究
复合材料整体成型大后掠机翼设计与验证研究蒋建军1何利军2何建3赵琛41.陆军装备部驻北京地区航空军事代表室 北京 100012；2.海鹰航空通用装备有限公司 北京 100018；3.陆军装备部驻株洲地区航空军事代表室 湖南株洲 412000；4.陆军装备部驻哈尔滨地区航空军事代表室 黑龙江哈尔滨 150060摘要：根据机翼设计及材料工程力学性能要求，基于给定的机翼外形设计并制造了一种满足工程应用要求的全复合材料整体模压成型机翼结构。
通过有限元仿真分析和工程静力学试验方法对该机翼结构进行了全面验证，有限元仿真分析结果与工程静力学试验结果吻合良好，满足复合材料工程力学许用值要求及机翼最大变形不大于半翼展长8%的刚度设计需求，该机翼的力学承载性能得到了充分验证。
关键词：复合材料 大后掠机翼 整体成型 有限元分析 力学试验中图分类号：V279文献标识码：A 文章编号：1672-3791(2024)01-0098-04 Research of the Design and Verification of Highly Swept-BackWings Based on the Integral Molding of Composite MaterialsJIANG Jianjun1HE Lijun2HE Jian3ZHAO Chen41.Aviation Military Representative Office of Army Equipment Department in Beijing Area, Beijing, 100012 China;2. Seahawk General Aviation Equipment Co., Ltd., Beijing, 100018 China;3.Aviation Military RepresentativeOffice of Army Equipment Department in Zhuzhou Area, Zhuzhou, Hunan Province, 412000 China;4.Aviation Military Representative Office of Army Equipment Department in Harbin Area, Harbin,Heilongjiang Province, 150060 ChinaAbstract:According to the requirements of wing design and the engineering mechanical properties of materials, this paper designs and manufactures a kind of wing structure made of the integral molding of all-composite materials which meets the requirements of engineering application based on the shape of the given wing. This paper com‐prehensively verifies the structure of the wing by the methods of finite element simulation analysis and engineering statics tests. The results of finite element simulation analysis are well consistent with the results of engineering statics tests, which satisfies the requirement of the engineering mechanical allowable value of composite materials and the stiffness design requirement that the maximum deformation of the wing is not more than the 8% of the span length of the half wing. The mechanical bearing capacity of the wing has been fully verified.Key Words: Composite materials; Highly swept-back wing; Integral molding; Finite element method; Mechanical test复合材料相较于传统的金属材料具有比强度高、比刚度高、耐腐蚀、可设计性等诸多优点，在航空航天领域中得到了广泛的应用［1-3］。
hypermesh和ansys个人工作经验总结
有限元仿真经验技巧总结1.装配体接触面之间如何使节点对齐？法一：通过实体切割，产生对齐的实体轮廓线，划分网格时自动对齐。
法二：两实体通过布尔运算合并，然后切割划分网格。
法三：各自划分网格，然后节点合并（equivalence），然后分离（detach）。
法四：投影project法五：两实体接触表面网格若不对齐，可以通过选取它们的面网格来进行节点对齐。
2.如何删除重复的单元？首先，把重复单元节点合并；然后，tool/check elems/duplicates,save failed；最后，delete/elems,选择retrieve,即可删除重复单元。
3.切割实体划分实体单元时，如何保证每一块都是可映射的，即可划分的？最好是保证实体每个面只有边界线，面内无其他切割实体边界线。
其次是只有一个面内有边界线。
4.如何快速创建节点？按住鼠标左键在边界线拖动，直至边界线变亮时松开，点击就出现节点。
5.如何镜像实体或单元？Tool/reflect,选中实体或单元，duplicate,镜像平面，OK.6.对于较规则的实体，快速生成六面体单元的方法有哪些？1）对于较规则的方形体，可以在其中一面上automesh，然后直接solid map/one volume划分。
或者由二维面网格linear drag生成。
2）对于可旋转的规则环形体，确定其中一面二维网格，然后spin。
3）对一般的六面体，需要先确定的相对面的面网格，要保证数量一致，然后通过linear solid.7.对于分散对称的载荷施加区域，如风机轮毂上的载荷，塔筒截面上的载荷，怎么加载简单有效？创建中心质点Mass21，赋予其很小的质量，适用静力加载、小变形，不考虑转动惯量。
然后把中心质点和受力区域节点，建立柔性连接rbe3，可以传递力和力矩，耦合六个自由度。
对于实体单元之间建立刚性连接CERIG,如螺栓与螺母之间的绑定接触，所有节点不产生相对位移，只产生刚体运动，只需耦合3个平动自由度，适用小变形。
利用ANSYS Shell181单元分析钢结构问题
增大， 腹板屈曲系数明显降低， 呈明显的非线性关系， 且对 于不同 的腹板 高厚 比 ， 此关系 仍然 存在 。说 明腹 板开孔 大小与腹 板高厚
比是相 互独立的
ｔｆ ｆ
圈 ３ Ｋ一
关 系 曲 线 （ ／ ０ ） ，ｔ ＝１Ｏ
参考 文献 ： ［］ 洪范， 立 新 ． 窝 梁 的应 用 和 计 算 方法 ［ ］ 工业 建 筑 ， １王 王 蜂 Ｊ．
５５
５０ － ４５
０
０６ ０ ６ ．５ ０７ ．
０ ５ ７ ０． ８
４０ ３５
３－ ０
圉 ４ Ｋ一 关 系 曲线 （ ｔ＝１０ ｈ／ ０ ） ｏ
３ 腹板 开孔 大小的影响 。由图 ４可 以看 出 ， ） 随着腹板开孔 的
２５ ・ ２０
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ａ ｔａ ｔ ｂ ｌ ａ ｉ ｎ ｏ ｔ ｒ ｕ ｏ ｏ ｅ ｃ ｍｂ ｐ ｌ． ｏ ｏ ｏ ｅ ｔ ｓ ａ ｃ ｎ ｐ ｒ ｉ ｌ ａ ｉｉ ｔ ｆｓｅ ｎ ｍ ｆｈ ｎ ｙ ｏ ｕ １ ｗｎ ｃ ｍｐ ｎ ｎ ｓ ｚ ｏ ｄ
Ｚｔ Ｕ Ｇ ａｇｙ Ｌ Ｕ Ｑｉ ｙ ｅ Ｇ ＯＪａ ＩＯ ｕ ｎ－ｕ Ｉ ｕ ｕ Ａ ｉ － ｏ
维普资讯
・
３ ・ ２
第３ 卷 第 １ ２ ２期 ２００６年 ６ 月
山 西 建 筑
Ｓ ＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩ ＴＥｃＴＵＲＥ
Ｖｏ１３ ． ２ ． ２ Ｎｏ １
Ｊ ｎ ２ ０ ｕ． ０６
文章编号 ： ０ ． ２ （０ ６ １ ． ３ ． １ ９ ８ ５ ２ ０ ）２ ０ ２０ ０ ６ ０ ３
的主要步骤 ， 利用 Ｓ ｅｌ １ ｈ ｌ８ 单元对 门式刚架进行 了分析 ， ｌ 结果表 明， Ｓ ｅ １ １ 元模 拟钢 结构材 料所得 的云 图等 能较 用 ｈｌ ８ 单 ｌ 好地 反映 门式钢架 的破坏特 征。
复合材料层压板非线性屈曲分析技术研究
（2）
其中 t 可以代表载荷水平，位移尺度或弧长等。将上式代入特征方程(1)式，则非线性稳定性分 析的特征方程表示为
[ k
t
T
] [ t t kT ] [ t kT ] {q} 0
（3）
t cr t / t ，对该方程进行求解，可以得到一系列的特征值 1 , 2 , 和相应的特征 位移模态 q1 , q2 , 。 如果(3)式中 t 代表载荷水平， 即线性插值表示的是基于载荷幅值 p 的， 则与 1
其中， 相对应的载荷幅值 pcr 就是结构非线性稳定性的临界值（近似值） ， q1 是其相应的屈曲模态。这时有
pcr t p 1t tFra bibliotekpt p
（4）
关于特征方程(3)式还可指出，如果特殊地令 t 和 t t 分别对应于 p 0 和 p 1 时刻，则它 将蜕化为线性稳定性分析的特征方程。 一般来说， 采用迭代法和增量法 （如 Newton-Raphson 方法） 就可以求解出结构失稳的极限载荷， 假设已求得 t 0 至 t 时刻的位移解，在 t 到 t t 增量步中，结构将从稳定平衡状态转向不稳定平衡状 态，在靠近不稳定区域的地方，一般的平衡迭代将收敛得很慢，甚至根本不收敛。为使数值解收敛， 在采用 Newton-Raphson 法的同时，采用限制位移长度法（通常称为弧长法） 。弧长法是通过极限点 的最有效的方法。该方法最早是由 Riks 和 Wempner 提出，由 Crisfield 和 Ramm
图3
不同铺层方式时中心节点载荷－挠度曲线
由图 3 可见，不同铺层均存在一临界屈曲载荷，且为分支型失稳。一旦超过临界载荷，结构变 形急剧增大，导致数值计算发散，实际情况为结构由于过大的变形而失效。由计算结果可见，增加 ±45°铺层比例有利于提高此模型的稳定性，其中全部采用±45°铺层时，其非线性分叉失稳临界 载荷最高，并且中心节点挠度（最大挠度）也显著减小，与实际工程经验相符。
ANSYS中SHELL181单元了解和参数详解
ANSYS中SHELL181单元参数详解SHELL181单元说明:SHELL181单元适合对薄的到具有一定厚度的壳体结构进行分析。
它是一个4结点单元，每个结点具有6个自由度：x,y,z方向的位移自由度和绕X,Y,Z轴的转动自由度。
(如果应用了薄膜选项的话，那该单元则只有移动自由度了)。
简并三角形选项只在该单元做为充填单元进行网格划分时才会用到。
Shell181单元非常适用于分析线性的，大转动变形和非线性的大形变。
壳体厚度的变化是为了适应非线性分析。
在该单元的应用范围内，完全积分和降阶积分都是适用的。
SHELL181单元阐明了以下（荷载刚度）分布压强的效果。
SHELL181单元可以应用在多层结构的材料，如复合层压壳体或者夹层结构的建模。
在复合壳体的建模过程中，其精确度取决于第一剪切形变理论（通常指明德林-雷斯那壳体理论）在解决许多有收敛困难的问题上，SHELL181单元可以用来替代SHELL43单元。
参见ANSYS理论参考中的SHELL181单元介绍以了解有关该单元的更多细节问题。
SHELL181 输入数据其几何特性，节点的位置及坐标系参见图181.1 SHELL 181单元的几何图。
该单元由四个节点定义而成：I，J，K，L。
该单元等式是基于对数应变和实际应力的测量的。
从运动学来讲，该单元支持有限的薄膜应变（伸展）。
但是，在一定时间内的曲线变化必须是小变化。
你可以用实常数或者横截面定义来定义该单元的厚度或者其他的一些参数。
用实常量来定义其参数只限于定义单层壳体。
如果同时用实常数和一个有效的壳体横截面来定义SHELL181单元的话，实常数定义将被忽略。
SHELL181单元同样适用用预整合的壳体横截面类型。
当该单元用GENS类型横截面来定义时，厚度或者材料的定义就都不需要了。
如果想了解更多的信息，请参见预整合通用壳体横截面的使用。
用实常数来定义厚度壳体单元的厚度可以在其各个节点定义，在该单元内，其厚度的变化被认为是光滑的。
复合材料SHELL181单元完全攻略
复合材料SHELL181单元完全攻略发表时间：2009-8-31 作者: 徐鹤山译蒋福庆校来源: e-works关键字: 复合材料 SHELL181 ANSYSANSYS程序中的SHELL181单元是用于复合材料层合板结构分析比较好的单元之一。
原文在ANSYS程序的在线帮助中，这篇文章是它的译文，是我们从专业角度对原文的翻译。
目的在于帮助那些英语水平不高，而且从事复合材料结构计算分析的技术人员能够方便地使用这个单元。
前言ANSYS程序中的SHELL181单元是用于复合材料层合板结构分析比较好的单元之一。
原文在ANSYS程序的在线帮助中，这篇文章是它的译文，是我们从专业角度对原文的翻译。
目的在于帮助那些英语水平不高，而且从事复合材料结构计算分析的技术人员能够方便地使用这个单元。
复合材料是由一种以上具有不同性质的材料构成的，其主要优点是具有优异的材料性能。
复合材料具有比强度大、比刚度高、抗疲劳性能好、各向异性、以及材料性能可设计的特点。
复合材料可用于飞机机翼、尾翼，发动机机匣、叶片等结构设计，也是用于压力容器、风力发电叶片等民用结构的先进材料。
目前，复合材料技术已成为影响飞机发展的关键技术之一，逐渐应用于飞机等结构的主承力构件中，西方先进战斗机上复合材料使用量已达结构总重量的25%以上。
风力发电是目前世界上能源领域发展最快的技术之一，据知大约每年以25~30%的速度递增。
当前风力发电是我国新兴的能源项目，国内有关公司和企业纷纷引进国外产品和技术，产能过剩，竞争相当激烈，但最后谁能在该行业中站住脚，还取决于有没有自己的自主知识产权的产品。
有限元技术是分析风力发电复合材料叶片的先进手段，有助于设计先进的叶片结构。
ANSYS程序中复合材料单元比较全，其中SHELL181单元是比较好的单元之一。
1. 181壳单元描述181壳单元适于分析薄至中等厚度的壳形结构。
它是每个节点具有6个自由度的4节点单元。
6个自由度指X、Y、Z三个轴方向的位移和绕X、Y、Z三个轴的转角（如选用膜片，则该单元只有位移自由度）。
壳单元总结——精选推荐
SHELL51—轴对称结构壳单元单元描述：SHELL51每个节点有四个自由度：节点坐标系的x、y、z方向的平动和绕z轴的转动。
利用圆锥壳单元的端点方向不同，可以生成圆柱壳单元或环形圆盘单元。
该壳单元可以有线性变化的厚度。
本单元具有塑性、蠕变、膨胀、应力刚化、大变形和扭转等功能。
单元的详细特性请参考单元理论手册。
没有非线性材料性质的轴对称圆锥壳单元是SHELL61。
下图是本单元的示意图。
SHELL57—热壳单元单元描述：SHELL57 是一个三维的具有面内导热能力的单元。
该单元有四个节点，每个节点只有一个温度自由度。
该热壳单元可用于三维的稳态或瞬态热分析问题。
关于该单元的详细情况参见ANSYS理论手册。
如果包含热壳单元的模型还需要进行结构分析，该单元可被一个等效的结构单元（如SHELL63）所代替。
如果面内及横向上的导热都需要考虑的话，则需要使用热实体单元（如SOLID70或SOLID90）。
下图是SHELL57热壳单元的示意图。
SHELL61—轴对称谐波结构壳单元单元描述：SHELL61 每个节点有四个自由度：节点坐标系的x、 y、 z 方向的平动和绕z轴的转动。
载荷可以是轴对称或非轴对称的。
在“有非轴对称载荷的轴对称单元”里有关于不同加载情况的描述。
具有非线性材料性质的轴对称锥壳单元是SHELL51。
由于圆锥壳单元的端点定向不同，可以生成圆柱壳单元或环形圆盘单元。
本壳单元可以有线性变化的厚度。
单元的详细特性请参考理论手册。
下图是本单元的示意图。
轴向(y) 径向(x)SHELL63—弹性壳单元单元描述： SHELL63 有弯曲和薄膜两种功能。
面内和法向载荷都允许。
该单元每个节点有六个自由度： x、 y、z 方向的平动和绕x、 y、z轴的转动。
本单元包括应力刚化和大变形功能。
在大变形分析（有限转动）中，可以用一致切向刚度矩阵。
单元的详细特性请参考单元理论手册。
类似的单元是SHELL43、SHELL181 (塑性功能)和 SHELL93 (中间节点功能)。
ansys 复合材料分析
第五章复合材料5.1 复合材料的相关概念复合材料作为结构应用已有相当长的历史。
在现代，复合材料构件已被大量应用于飞行器结构、汽车、体育器材及许多消费产品中。
复合材料由一种以上具有不同结构性质的材料构成，它的主要优点是具有很高的比刚度(刚度与重量之比)。
在工程应用中，典型复合材料有纤维和叠层型材料，如玻璃纤维、玻璃环氧树脂、石墨环氧树脂、硼环氧树脂等。
ANSYS程序中提供一种特殊单元--层单元来模拟复合材料。
利用这些单元就可以作任意的结构分析了(包括非线性如大挠度和应力刚化等问题)。
对于热、磁、电场分析，目前尚未提供层单元。
5.2 建立复合材料模型与铁或钢等各向同性材料相比，建立复合材料的模型要复杂一些。
由于各层材料性能为任意正交各向异性，材料性能与材料主轴取向有关，在定义各层材料的材料性能和方向时要特别注意。
本节主要探讨如下问题：选择合适的单元类型；定义材料层；确定失效准则；应遵循的建模和后处理规则。
5.2.1 选择合适的单元类型用于建立复合材料模型的单元类型有SHELL99、SHELL91、SHELL181、SOLID46和SOLID191 五种单元。
但 ANSYS/Professional 只能使用 SHELL99 和SHELL46 单元。
具体应选择哪一类单元要根据具体应用和所需计算结果类型等来确定。
所有的层单元允许失效准则计算。
1、SHELL99--线性层状结构壳单元SHELL99 是一种八节点三维壳单元，每个节点有六个自由度。
该单元主要适用于薄到中等厚度的板和壳结构，一般要求宽厚比应大于10。
对于宽厚比小于10的结构，则应考虑选用 SOLID46 来建立模型。
SHELL99 允许有多达 250 层的等厚材料层，或者 125 层厚度在单元面内呈现双线性变化的不等材料层。
如果材料层大于 250，用户可通过输入自己的材料矩阵形式来建立模型。
还可以通过一个选项将单元节点偏置到结构的表层或底层。
2、SHELL91--非线性层状结构壳单元SHELL91 与 SHELL99 有些类似，只是它允许复合材料最多只有 100 层，而且用户不能输入自己的材料性能矩阵。
shell63与shell181的区别
壳体有限元主要包括以下几种类型：第一，轴对称壳元，它本质上属于一个一维问题。
又分为:1、截锥薄壳元，它有两个节点，是直线元（即假设单元与对称轴所成的角为常数）。
这样的单元表达式比较简单，但是通常需要将结构划分为较细的单元，而且在薄膜应力状态区域会产生附加的弯曲应力。
另外一个缺点就是它没有考虑到壳体的厚度，当壳体较厚时，荷载作用于内、中、外三个面上所产生的内力是不同的，而截锥薄壳元不能模拟这一不同。
2、截锥壳元（位移和转角各自独立插值的轴对称壳元），它考虑了横向剪切变形，也是直线元。
与前面我们接触到的考虑剪切变形的梁，板一样，同样要考虑剪切锁死和零能模式，一般可采用缩减积分的方法，当然也可以采用假设剪切应变的方法（好像较繁）。
3、曲边壳元，此单元有三个节点，是截锥壳元的一个高次单元。
与梁单元中的三结点所不同的是它对r,z两个方向进行等参插值（因此变成曲边了，而梁单元中只有u一个方向等参插值，故仍为一维），因此曲边壳元不再是一个一维问题了，变成一个二维二次有限单元。
同上考虑剪切锁死和零能模式。
需要注意的是：我们前面指出了截锥薄壳有限元在连接处截面切线不连续，对于这一点，曲边壳元其实也不能保证，但是毕竟曲边壳元是利用二次曲线去逼近真实的壳体边缘，它比截锥壳元的精度有了较大的提高。
在ANSYS中，有SHELL51、61、208、209都是轴对称的壳元。
其中最基本的就是SHELL51，它是2结点的截锥薄壳元（它的插值函数只是u、w两个方向的位移进行插值，故其转角只能通过对w求导得到，不能考虑剪切变形。
IN ANSYS，With the exception of SHELL51, SHELL61, and SHELL63, all shell elements allow shear deformation. This is important for relatively thick shells），同样SHELL61也是这样的，它也属于2结点的截锥薄壳元，但是它支持非对称荷载作用。
壳结构
三、壳结构静力分析实例
• 如图所示的平面结构，板的两边（AB和ab） 固定，在板的中心承受2000N的集中力作用。 板厚度为2mm，材料弹性模量E=206Gpa， 泊松比为0.3，材料密度为7850kg/m3.通过 分析确定板在垂直板面方向上的最大变形 记板上的ell93 shell93单元与 单元与shell63相似，为有中间节点 相似， 单元与 相似 的高阶单元
三、常用的壳单元
3）shell181 shell181为有限应变壳单元，允许使用大部 为有限应变壳单元， 为有限应变壳单元 分非线性特性， 分非线性特性，能够用于层合板复合材料 的结构分析，可以指定截面形状， 的结构分析，可以指定截面形状，具有范 围更广的使用特性
壳结构静力分析
一、梁结构定义
• 几何尺寸特点 几何上有一个方向的尺寸比其他两个方向小 的多 • 受力特点 能够承受弯曲载荷（垂直于板面的载荷）或 者壳体结构本身不为平面（如球体）时， 可以选择采用壳单元进行建模
二、常用的壳单元
1）shell63 shell63单元为弹性壳单元，具有处理壳弯曲 单元为弹性壳单元， 单元为弹性壳单元 和膜问题的能力， 和膜问题的能力，允许施加平行于或者垂 直于平面的载荷。单元由4个节点组成 个节点组成， 直于平面的载荷。单元由 个节点组成，每 个节点上具有6个自由度 个自由度（ 个平动和 个平动和3个转 个节点上具有 个自由度（3个平动和 个转 ），分析中还可包含应力刚化和大应变 动），分析中还可包含应力刚化和大应变 效果。 效果。
环缠绕钢内胆复合气瓶轴向破裂原因分析
环缠绕钢内胆复合气瓶轴向破裂原因分析由宏新;戴行涛;秦胤康;韩冰;周一卉;胡军【摘要】To research the reason for axial rupture of hoop-wrapped composite cylinders with steel liner (CNG -Ⅱ),the CNG -Ⅱcylinder,which had been axially ruptured in actual hydraulic burst test,was simulated by finite element analysis(FEA).The veracity of established model by FEA was verified by comparing the results of FEA with the results of hydraulic burst test.On this basis,the stress of tested cyl-inder was analyzed to investigate the stress distribution of liner and composite layer.The results show that the axial stress was greater than the hoop stress of liner under burst pressure,resulting in the overpressure damage and axial rupture.%为了研究环缠绕钢内胆复合气瓶（CNG －Ⅱ）轴向破裂原因，对实际 CNG －Ⅱ气瓶水压爆破试验中出现轴向破裂的气瓶进行有限元分析。
对比水压爆破试验结果和有限元分析结果，验证有限元建模的准确性。
在此基础上，对受试气瓶进行应力分析，研究气瓶内胆和缠绕层的应力分布，得出气瓶在爆破压力下，内胆筒体段轴向应力大于环向应力，产生超压破坏，发生轴向破裂。
abaqus变厚度复合材料单元类型
abaqus变厚度复合材料单元类型abaqus变厚度复合材料单元类型1. 引言在工程领域中，复合材料广泛应用于结构设计和制造过程中。
abaqus 是一种常用的有限元分析软件，它提供了多种材料模型和单元类型供工程师选择。
其中，变厚度复合材料单元类型在多层厚度可变的复合材料模拟中起着至关重要的作用。
本文将介绍abaqus中常见的变厚度复合材料单元类型，并对其进行评估和分析。
2. 变厚度复合材料单元类型概述变厚度复合材料单元类型用于模拟具有不同层厚度的复合材料结构。
在abaqus中，常见的变厚度复合材料单元类型有以下几种：2.1 SHELL63单元类型SHELL63单元类型是一种平面三角形刚度单元，适用于变厚度复合材料结构的模拟。
该单元类型可以模拟不同层厚度的复合材料，具有较高的计算效率和精度。
2.2 SHELL181单元类型SHELL181单元类型是abaqus中最通用的变厚度复合材料单元类型之一。
它可以模拟包括复合材料在内的各种厚度可变结构。
SHELL181单元类型具有较高的弯曲和剪切刚度，适用于复杂结构的分析。
2.3 COMPOSITE SHELL单元类型COMPOSITE SHELL单元类型是abaqus中专门用于复合材料模拟的单元类型。
它可以模拟复杂的复合材料结构，包括不同层的厚度、纤维角度和层间应力。
COMPOSITE SHELL单元类型充分考虑了复合材料的各向异性特性，适用于复杂的力学分析。
3. 变厚度复合材料单元类型的评估为了全面评估变厚度复合材料单元类型的性能和适用性，我们需要考虑以下几个方面：3.1 计算效率计算效率是评估单元类型的重要指标之一。
SHELL63单元类型具有较高的计算效率，适用于大型模型的快速分析。
SHELL181单元类型计算效率较低，适用于中小型模型的分析。
COMPOSITE SHELL单元类型具有较高的计算效率，适用于复杂模型的分析。
3.2 精度精度是评估单元类型的另一个重要指标。
复合材料SHELL181单元完全攻略
複合材料SHELL181单元完全攻略4. shell181 assumptions and restrictionsshell181壳单元的假设和限制·不允许0面积单元（这种情况经常发生在单元没有编号的情况下）。
·0厚度单元或在任何角点处具有0厚度的锥形单元是不允许的（但允许0厚度层）。
·在非线性分析中，如果在任何积分点处一个非0厚度消失（在非常小的数字容差内），那幺求解就结束。
·不推荐使用三角形单元。
·这种单元用全牛顿—拉普森法(nropt,full,on)最好。
对非线性问题採用大转动和大载荷佔优势。
我们建议你不用pred,on。
·当使用不平衡分层结构时，如果採用减缩积分(keyopt(3) = 0)，shell181单元会忽略转动惯量的效应。
·如果採用减缩积分(keyopt(3) = 0)，全部惯性效应都假设在点平面内，例如，不平衡分层结构和偏移对单元的质量特性无影响。
·假设单元层间没有滑移。
剪下变形包含在单元中，假设变形前垂直于中心平面，变形后还是垂直的。
·如果使用多载荷步，层数在载荷步间不可改变。
·截面定义允许在分层定义中使用超弹性材料模型和弹塑性材料模型。
然而，解的準确性主要取决于壳理论的基本假设。
在此情况下，壳理论的可用性用可比较的固体模型就能很好地理解。
·壳截面的横向剪下刚度可用能量等效方法估计（广义的截面力和应变与材料点应力和应变对应）。
如果材料的刚度比（弹性模量）在相邻层中很高，这样计算的準确性将产生不利影响。
·层间剪下应力的计算基于解除每个方向弯曲的单向简化假设。
如果要求得到準确的边层间剪下应力，应该採用壳—固体子模型。
·shell181单元支援最大250层。
·对于多阵列合分析（需要扑捉应力梯度），推荐使用keyopt(3) = 2。
·如果层的材料是超弹性的，层的方向角有影响。
shell 181
壳单元shell 181
Shell 181适用于薄到中等厚度的壳结构.该单元有四个节点,单元每个节点有六个自由度,分别为沿节点X,Y,Z方向的平动及绕节点X,Y,Z 轴的转动.退化的三角形选项用于网格生成的过渡单元.Shell 181单元具有应力刚化及大变形功能.该单元有强大的非线性功能,并有截面数据定义,分析,可视化等功能,还能定义复合材料多层壳.
Shell 181壳单元的截面定义了垂直于壳X-Y平面的形状.通过截面命令可以定义Z方向连续层,每层的厚度,材料,铺层角及积分点数都可以不同.
Shell 181单元截面的定义
截面定义的一般步骤为:
1 定义截面及其相关的截面号码.
2 定义截面的几何数据.
Ansys提供了下列截面定义的命令:
SECTYPE,
SECDATA,SECCONTROLS,SECFUNCTION,SECNUM,SECOFFSET, SECPLOT,SLIST,SDELETE.
SHELL 181单元的形状,节点位置,坐标系如图所示.该单元由四个节点I,J,K,L定义.单元的表述通过对数应变和真实应力度量.可以通过实常数或截面的定义来定义厚度及其他信息.使用实常数选项只用于单层壳.
图一
Shell181单元的关键选项如图.通过K8可以定义结果的输出,可以定义所有层及中面结果的输出.这样就能够提供更丰富的后处理内容.
图二
Shell 181单元截面大的定义依次如图三,图四.可以直观定义层的厚度,材料,铺层角等信息,并能直接显示出来.还能够定义壳偏置的位置.
图三
图四。
ansys技巧总结_使用SECFUNTION定义变厚度壳
ansys技巧总结_使用SECFUNTION定义变厚度壳一般对壳单元的厚度定义都是在实常数中进行设置，但SHELL131、SHELL132和SHELL181单元的厚度可以通过截面来定义。
壳截面命令可以定义层状复合材料壳单元，提供输入选项来指定单元的厚度、材料、方向和沿厚度方向的积分点数量。
壳单元的截面定义除了可以定义多层壳单元之外，还提供了附加的柔性选项来定义单层壳单元。
可以使用ANSYS的函数功能来定义与整体坐标系成函数关系的壳厚度以及使用的积分点数目。
定义壳截面数据使用命令：SECTYPE、SECDATA、SECOFFSET 和SECFUNCTION：·SECTYPE, SecID, Type, Subtype, Name, REFINEKEY指定截面信息与截面号：SecID为截面编号，Type参数设为“SHELL”表明该截面为壳截面（与“BEAM”和“PRETENSION”区别）。
Subtype仅针对梁单元；Name为可选的截面名字；REFINEKEY也仅针对梁单元·SECDATA, TK, MAT, THETA, NUMPT指定截面的几何特性：TK指定等厚度壳的厚度；MAT为某层壳的材料编号；THETA为层单元坐标系统和单元坐标系统的夹角；NUMPT为一层的积分点数目。
·SECOFFSET, Location, OFFSET1, OFFSET2, CG-Y, CG-Z, SH-Y, SH-Z定义截面的偏移，详细的情况请参考ANSYS帮助中该命令的详细说明·SECF UNCTION, TABLE指定壳单元厚度为一个表函数：TABLE命令是表的名字，该表指定壳厚度为坐标的函数，表的名字应该用百分号（%）括起来。
该表应该先进行定义（*DIM），可以由用户输入，或者通过ANSYS函数编辑器来指定。
SECFUNCTION命令中使用的表可以使用三种方式来创建：直接在ANSYS中输入；由一个外部表格数据文件读入；通过ANSYS函数编辑器来指定。
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2.2开关—各种开关的用法KEYOPT(1)Element stiffness—单元刚度：0 -- Bending and membrane stiffness (default)—弯曲和薄膜刚度（默认）1 -- Membrane stiffness only—只薄膜刚度KEYOPT(3)Integration option—积分点：0 -- Reduced integration with hourglass control (default)—用计时控制的减缩积分（默认）2 -- Full integration with incompatible modes—具有不相容模型的全积分KEYOPT(8)Specify layer data storage—指定层数储存：0 -- Store data for bottom of bottom layer and top of top layer (multi-layer elements) (default)—储存底层的底面数据和顶层的顶面数据（多层单元）（默认）1 -- Store data for TOP and BOTTOM, for all layers (multi-layer elements)—储存所有层的顶面数据和底面数据（多层单元）Note-注：Volume of data may be excessive—体积数据除外2 -- Store data for TOP, BOTTOM, and MID for all layers; applies to single- and multi-layer elements—储存顶面、底面数据以及所有层的MID；适用于单层和多层单元KEYOPT(9)User thickness option—用户厚度选项：0 -- No user subroutine to provide initial thickness (default)—不用用户子程序提供初始厚度（默认）1 -- Read initial thickness data from user subroutine UTHICK —使用用户子程序UTHICK输入初始厚度Note-注：See the Guide to ANSYS User Programmable Features for user written subroutines—关于用户子程序输出见ANSYS指南KEYOPT(10)User-defined initial stress—用户定义初始应力：0 -- No user subroutine to provide initial stress (default)—没有用户子程序提供初始应力（默认）1 -- Read initial stress data from user subroutine USTRESS —用户子程序读入初始应力Note-注：See the Guide to ANSYS User Programmable Features for user written subroutines—关于用户子程序输出见ANSYS指南。
4TK(L)Thickness at node L节点厚度L5THETA Angle of first surface direction, in degrees 第一表面方位角（用度）6ADMSUA Added mass per unit area 附加单位面质量7E11Transverse shear stiffness[2] 横向剪切刚度[2] 8E22Transverse shear stiffness[2] 横向剪切刚度[2] 9E12Transverse shear stiffness[2] 横向剪切刚度[2]10Drill Stiffness Factor In-plane rotation stiffness[1,2] 平面转动刚度[1,2]11Membrane HG Factor Membrane hourglass control factor[1,2]膜片计时控制比例因子[1,2]12Bending HG Factor Bending hourglass control factor[1,2]弯曲计时控制比例因子[1,2]（1）这些实常数的有效值是任意正数。
然而，推荐使用1和10之间的数值。
如果指定0.0，则默认值为1.0。
（2）ANSYS提供默认值。
* 如果截面定义使用命令，见SECCONTROLS。
3. SHELL181 Output DataSHELL181单元输出数据与单元有关的结果输出有两种形式：·整个节点解中的节点位移；·另外的单元输出参见Table 181.2: "SHELL181 Element Output Definitions"。
一些项在Figure 181.3: "SHELL181 Stress Output"中阐述。
KEYOPT(8)控制输出数据总和，通过层命令输到结果文件中。
层间剪切应力用在层界面计算得到的SYZ和SXZ表示。
要在POST1中输出这些应力，必须设置KEYOPT(8)=1或2。
结果输出通用的描述在Solution Output中给出。
查看结果的路径见ANSYS Basic Analysis Guide。
单元应力合成矢量(N11, M11, Q13, etc.)和单元的膜应变及曲率一样，平行于单元坐标系。
如此广义应变可使用SMISC只在单元质心选择。
横截面剪力Q13, Q23仅以合成矢量形式得到，可用SMISC,7 (or 8)。
同样，横截面剪应变γ13和γ23贯穿厚度为常数，而且只用SMISC项(分别使用SMISC,15 and SMISC,16,)得到。
SHELL181不支持广大的基本单元打印输出。
POST1提供很多综合的输出处理工具。
因此，我们推荐使用OUTRES，确保将需要的结果数据储存在数据文件中。
图181.3SHELL181壳单元应力输出x o =Element x-axis if ESYS is not supplied.为单元坐标系的X轴不提供x = Element x-axis if ESYS is supplied.为单元坐标系的X轴提供单元输出定义表使用的符号：在NAME—栏中，冒号（：）表示能用部件名路径进入的项[ETABLE，ESOL]。
O—栏表示可从文件Jobname.OUT中获得的项。
R—栏表示结果文件中获得的项。
无论O或R栏，Y表示该项总可以获得，表脚注中的数字表示该项在某种条件下可获得，a 表示该项不可获得。
SHELL181壳单元输出定义见下表：Table 181.2 SHELL181 Element Output DefinitionsName Definition O REL Element number and name单元号和名称-YNODES Nodes - I, J, K, L节点-YMAT Material number材料号-YTHICK Average thickness平均厚度-YVOLU:Volume体积-YXC, YC, ZC Location where results are reported结果报告中的位置-4PRES Pressures P1 at nodes I,J, K, L; P2 at I, J,K, L; P3 at J,I; P4 at K,J; P5 at L,K; P6 at I,L节点压力-YTEMP T1, T2, T3, T4 at bottom of layer 1, T5, T6,T7, T8 between layers 1-2, similarly for between next layers, ending with temperatures at top of layer NL(4*(NL+1) maximum)-Y1．下列应力解重现于顶部、中部和底部表面。
2．如果单元具有非线性材料，就可得到顶部、中部和底部表面的非线性解。
3．单元坐标系的应力、总应变、塑性应变、弹性应变、蠕变应变和热应变，可用输出得到（在通过厚度的所有五个截面的节点处）。
4．与a *GET项一样，只在质心处项获得。
5．只有使用OUTRES,LOCI获得。
6. 只有使用USERMAT子程序和TB,STATE获得。
7．等效应变使用有效的泊松比：对于弹性和热计算，泊松比由用户设置(MP,PRXY)；对于塑性和蠕变，其值用0.5。
8．对膜单元，选项(KEYOPT(1) = 1)不可使用。
Table 181.3: "SHELL181 Item and Sequence Numbers"列出了通过ETABLE命令利用序号途径可获得的输出。
查看ANSYS Basic Analysis Guide里的Creating an Element Table和The Item and Sequence Number Table中的更多信息。
下列符号在Table 181.3: "SHELL181 Item and Sequence Numbers"中用到：Name —在Table 181.2: "SHELL181 Element Output Definitions"中定义的输出量名Item —为ETABLE命令预定义的标签E —对于单值或常数型单元数据的序列号I,J,K,L—节点I, J, K, L处的序列号Table181.3 SHELL181 Item and Sequence Numbers表。