ANSYS生死单元解析

January 30, 2001 Inventory #001451 10-5
Basic Structural Nonlinearities 5.7
单元生与死的实现
Training Manual
Basic Structural Nonlinearities 5.7
• 出生单元也不是被真正加入模型中，它们只不过重新被激活了而 已。 – 所有单元，包括在分析的后一阶段产生的单元，都必须在前 处理阶段就被生成。 – 单元被重新激活时，它们的刚度、质量、阻尼及单元载荷都 恢复原值。 – 被激活的单元无应变历史记录(它们被生与死操作““退火” 了,被激活时它们的应力与应变均为零)。
• 如果要对不同的载荷步作后处理，一定要先确信数据库中存有和 该载荷步生死状态相匹配的所有单元的生死状态 (对于改变生死 状态的每一载荷步应作一数据库副本)。
January 30, 2001 Inventory #001451 10-17
使用ANSYS结果控制单元生与死
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建模
Training Manual
Basic Structural Nonlinearities 5.7
• 当在前处理器(PREP7)中建模时，应在分析开始就创建所有单元 －甚至一些到载荷结束也不会被激活的单元。
• 并非所有单元都支持生与死的操作，只能杀死或激活那些具有生 死能力的单元。请参考ANSYS高级分析技术手册，那里列出了所 有支持生死操作的单元类型。
关于 LSWRITE 和 LSSOLVE的注释
LSWRITE 命令不能同单元生和死选项一起使用，需要采用一系列 显式SOLVE命令进行多载荷步求解。
January 30, 2001 Inventory #001451 10-14
求解的命令流实例
NLGEOM,ON NROPT,FULL ESTIF,… ESEL,… EKILL,… ESEL,S,LIVE NSLE,S NSEL,INVE D,ALL,ALL,0 NSEL,ALL ESEL,ALL D,… F,… SAVE SOLVE ! 打开大变形效果 ! 必须明确设定牛顿-拉普森选项 ! 设定非缺省缩减因子 (可选) ! 选择在本载荷步中将杀死的单元 ! 杀死选择的单元 ! 选择所有活单元 ! 选择所有活节点 ! 选择所有非活节点 ! 约束所有非活的节点自由度 (可选) ! 选择所有节点 ! 选择所有单元 ! 施加合适的约束 ! 施加合适的活动节点自由度载荷 ! 存储数据库 ! 求解
Solution > Load Step Opts > Other > Birth & Death > Stiffness Multiplier >
January 30, 2001 Inventory #001451 10-11
求解
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Basic Structural Nonlinearities 5.7
• 在这种情况下，可以在模型加载过程中的某一指定时间 (载荷步) 中利用单元的生与死选项来杀死或重新激活选定的单元。
• 单元的生与死被定义为一种状态变化的非线性(类似于接触问题) 。
January 30, 2001 Inventory #001451 10-3
单元生与死的应用范畴
• 可能的应用包括: – – – – – –
• 后处理时确信只选择活的单元，如在等值线显示中包括“ 被杀 死”的单元，将在显示衍生节点值 (应力和应变)时污染结果。
January 30, 2001 Inventory #001451 10-22
• 集中力不能从不被激活的自由度上自动删除 (比如那些不与任何 活的单元连接的节点)。务必删除死节点上的集中载荷。
January 30, 2001 Inventory #001451 10-13
求解
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Basic Structural Nonlinearities 5.7
January 30, 2001 Inventory #001451 10-18
使用ANSYS结果控制单元生与死
基于结果杀死单元的命令流输入实例
… /POST1 SET,… ETABLE,… ESEL,S,… FINISH ! /SOLU ANTYPE,,REST EKILL,ALL ESEL,ALL ... ! 以前求解过程 ! 进入 POST1 ! 读入结果 ! 将标准存入 ETABLE ! 根据 ETABLE 项选择单元
January 30, 2001 Inventory #001451 10-21
问题解答
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Basic Structural Nonlinearities 5.7
• 对每个改变生死状态的载荷步，存储包括单元生死信息的数据 库，在对单独的载荷步进行后处理时，采用合适的数据库。
January 30, 2001 Inventory #001451 10-12
求解
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Basic Structural Nonlinearities 5.7
• 对于死亡单元载荷矢量中的单元载荷是自动置零的，而对激活单 元则自动恢复，质量矩阵中的质量也被置为零（加速度载荷对死 亡单元无影响）。
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Basic Structural Nonlinearities 5.7
! 重新进入 SOLUTION ! 重新求解 ! 杀死选择的单元 ! 恢复全部单元设置 ! 继续求解
January 30, 2001 Inventory #001451 10-19
排错
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January 30, 2001 Inventory #001451 10-2
单元生与死的定义
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Basic Structural Nonlinearities 5.7
源自文库
• 如果在加载过程中需要在结构中加入或移除材料，这时或许希望 能使模型中的某些单元“ 不存在”或“ 存在”。
• 不与任何单元连接的节点会发生“ 漂移” 。在某些情况下，可 能想约束不被激活的自由度，以减少要求解的方程数目或避免出 现病态条件。 • 单元被激活时，如果想维持其一定的形状，那么约束不被激活的 自由度是很重要的。但在重新激活单元时一定要删除这些人为约 束。
• 注意，约束方程 (CE 或 CEINTF)不能用于不被激活的自由度。
Basic Structural Nonlinearities 5.7
• 杀死或激活单元会导致模型刚度的突变，甚至还会导致收敛困 难。所以应该限制在某一载荷步中生死单元的数目。
• 由于迭代过程中大的刚度缩减会导致不连续发生，应使用 Newton-Raphson 过程，使用线性搜索方法作为收敛工具也会有 所帮助。
单元生与死的实现
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• 单元在一个载荷步中的第一个子步既被杀死或被激活，然后在整 个载荷步中保持该状态。 • 杀死的单元实际上并没有被移走，它们只是变得无效而已。 – 被杀死单元的刚度被乘以一个很小的缩减因子。 – 在载荷矢量中,和死亡单元相联系的单元载荷(如压力与温度) 为零。 – 类似地， 死亡单元的质量、阻尼和应力刚化效果被设置为 零。 – 当单元被杀死时，单元的应变亦被设置为零(可以利用这一特 征来模拟退火)。
第十章
单元死活
本章目标
在本章结束时将能够描述和论证以下内容：
Session Objective
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Basic Structural Nonlinearities 5.7
1. 单元死活的定义 2. 单元死活的应用范畴 3. 单元死活在ANSYS中的实现 4. 单元死活的使用过程 5. 使用ANSYS结果控制单元生与死 6. 排错
单元生与死选项
注意: 在以后的载荷步中“ 增加” 的单 元，在第一个载荷步中就应被杀死。
January 30, 2001 Inventory #001451 10-10
求解
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Basic Structural Nonlinearities 5.7
如果默认的刚度缩减因子1.0E-6不适于你的分析，也可以自己设定 其值（通常更小）:
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January 30, 2001 Inventory #001451 10-15
Basic Structural Nonlinearities 5.7
关于求解器中改变材料属性的注释
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Basic Structural Nonlinearities 5.7
January 30, 2001 Inventory #001451 10-16
查看结果
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Basic Structural Nonlinearities 5.7
• 对于大多数部件来说，用户在对包含生和死的单元进行后处理操 作时应按照标准的过程来做。
• 应注意“ 死”单元仍在模型中，并包括在单元显示及输出列表中 等等。可以使用选择操作来从单元显示及其它后处理操作中移走 死单元。
Basic Structural Nonlinearities 5.7
• 一些问题中必须依据计算结果激活或杀死单元。例如要在一个热 分析中杀死熔融单元，就必须根据计算出的温度确定这些单元。
• 通过把结果存储到单元列表中并从中选择关键单元，从而来确定 这些单元。然后杀死关键单元并重新进行求解，详情请参见 ANSYS高级技术分析手册。
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Basic Structural Nonlinearities 5.7
挖掘 (如隧道或泥墙挖掘 ) 层级建筑 ( 如无支撑桥梁架设 ) 连续装配 (如分层计算机芯片的制作，环氧处理等 ) 焊接 退火 可以根据它们的已知位置来确定有效单元和无效单元的其它应用
January 30, 2001 Inventory #001451 10-4
January 30, 2001 Inventory #001451 10-8
求解
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Basic Structural Nonlinearities 5.7
• 单元的生与死载荷步选项可以在既定的载荷步杀死或激活单元。 • 推荐使用的分析选项：
– 打开几何非线性 (NLGEOM,ON)，激活大变形效果。 – 单元生与死不能使用缺省的 Newton-Raphson 选项，使用完全 Newton-Raphson选项。
January 30, 2001 Inventory #001451 10-20
问题解答
Training Manual
Basic Structural Nonlinearities 5.7
注意不要因杀死或重新激活单元而在模型中产生奇异性，如尖锐 凹形拐角。这可能导致收敛困难。
杀死单元时应避免锯 齿状边 (凹形拐角)
• 如果需要保持死亡单元的应变记录，可以通过在求解器中改变材 料属性来杀死单元： Solution > Load Step Opts > Other > Change Mat Props • 然而，这一操作不能删除单元集中力、应变、质量、比热等。如 果在求解器中改变材料属性不当，则会导致收敛问题。例如如果 一个单元的刚度被缩减为零，而保留其质量，那么在加速度载荷 的问题中将产生奇异性。
January 30, 2001 Inventory #001451 10-6
单元生与死的使用过程
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Basic Structural Nonlinearities 5.7
• 和其它分析时一样，单元生与死的使用也包括三个主要步骤：
– 建模 – 加载并求解 – 查看结果
January 30, 2001 Inventory #001451 10-7
January 30, 2001 Inventory #001451 10-9
求解
在一个载荷步内杀死和激活单元可用以下菜单路径进行: Solution > Load Step Opts > Other > Birth & Death >
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Basic Structural Nonlinearities 5.7