有限元分析课件之ANSYS单元类型(本科生讲解).
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第五章ANSYS概述 有限元法基本原理及应用课件
提示：若在该窗口使 用了关闭操作， 则将会强制退出 ANSYS软件，必须重 启后才能再次出现， 因此，一般操作过程 中不要关闭该窗口。
5.2 ANSYS的界面介绍
对话框式数据输入的基本形式
【OK】：表示确定对话框中的输入并退出对话框。 【Apply】：表示确定对话框中输入但不退出该对话框。 【Reset】：表示重新设置对话框中的内容，将其恢复到ANSYS默认值。 【Cancel】：表示不执行对话框中的设置同时退出该对话框。 【Pick All】：表示全选图形窗口中的相关实体。 【Help】：表示不明白执行操作的含义，单击该按钮可以获取相应的帮助信息。
电磁场分析与压电分析
电磁场分析 电磁场分析中考虑的物理量是磁通量密度、磁场密度、 磁力、磁力矩、阻抗、电感、涡流、能耗及磁通量泄露等，可分为 以下几类： （1）静磁场分析 （2）交变磁场分析 （3）瞬态磁场分析 （4）电场分析 （5）高频电磁场分析 压电分析
用于分析二维或三维结构对AC（交流）、DC（直流）或任意随时间 变化的电流或机械载荷的响应。这种分析类型可用于换热器、振荡器、 谐振器、麦克风等部件及其它电子设备的结构动态性能分析。可分为 四种类型： （1）静态分析 （2）模态分析 （3）谐响应分析 （4）瞬态分析
Customization Preferences：用 户管理选项卡
设置完成后单击【Run】按钮，即可启动ANSYS
5.3 ANSYS设置与使用
退出ANSYS软件
ANSYS提供了三种方法退出ANSYS程序，分别是： （1）从通用菜单退出：执行Utility Menu→File→Exit； （2）从命令窗口输入命令：/EXIT； （3）从工具条退出，如下图
• 谐响应分析 - 确定线性结构 对随时间按正弦曲线变化的 载荷的响应。
5.2 ANSYS的界面介绍
对话框式数据输入的基本形式
【OK】：表示确定对话框中的输入并退出对话框。 【Apply】：表示确定对话框中输入但不退出该对话框。 【Reset】：表示重新设置对话框中的内容，将其恢复到ANSYS默认值。 【Cancel】：表示不执行对话框中的设置同时退出该对话框。 【Pick All】：表示全选图形窗口中的相关实体。 【Help】：表示不明白执行操作的含义，单击该按钮可以获取相应的帮助信息。
电磁场分析与压电分析
电磁场分析 电磁场分析中考虑的物理量是磁通量密度、磁场密度、 磁力、磁力矩、阻抗、电感、涡流、能耗及磁通量泄露等，可分为 以下几类： （1）静磁场分析 （2）交变磁场分析 （3）瞬态磁场分析 （4）电场分析 （5）高频电磁场分析 压电分析
用于分析二维或三维结构对AC（交流）、DC（直流）或任意随时间 变化的电流或机械载荷的响应。这种分析类型可用于换热器、振荡器、 谐振器、麦克风等部件及其它电子设备的结构动态性能分析。可分为 四种类型： （1）静态分析 （2）模态分析 （3）谐响应分析 （4）瞬态分析
Customization Preferences：用 户管理选项卡
设置完成后单击【Run】按钮，即可启动ANSYS
5.3 ANSYS设置与使用
退出ANSYS软件
ANSYS提供了三种方法退出ANSYS程序，分别是： （1）从通用菜单退出：执行Utility Menu→File→Exit； （2）从命令窗口输入命令：/EXIT； （3）从工具条退出，如下图
• 谐响应分析 - 确定线性结构 对随时间按正弦曲线变化的 载荷的响应。
ANSYS 18.0有限元分析基础与实例教程课件第3章
四边形网络（默认）
三角形网络
图3-4 四边形单元形状的退化
图3-5 默认单元尺寸
2. 选择自由或映射网格划分
单元形状（MSHAPE）和网格划分类型（MSHEKEY）的设置共同影
响网格的生成，表3-2列出了ANSYS程序支持的单元形状和网格划分
类型。
表3-2 ANSYS程序支持的单元形状和网格划分类型
4．在节点处定义不同的厚度 可以利用下列方式对壳单元在节点处定义不同的厚度：
命令：RTHICK。 GUI：Main Menu > Preprocessor > Real Constants > Thickness Func 。
下面用一个实例来详细说明该过程，该实例的模型为10×10的矩形 板，用0.5×0.5的方形SHELL63单元划分网格。现在ANSYS程序里输 入如下命令流：
Main Menu > Preprocessor > Meshing > Mesh Attributes > All Volumes（Picked Volumes）
2．分配默认属性 可以通过指向属性表的不同条目来分配默认的属性，在开始划分网格 时，ANSYS程序会自动将默认属性分配给模型。直接分配给模型的单 元属性将取代上述默认属性，而且，当清除实体模型图元的节点和单 元时，其默认的单元属性也将被删除。
1
自由网格和映射网格示意图如图3-1所示。 ELEMENTS
SEP 16 2004
1
12:44:54
ELEMENTS
SEP 16 2004 12:45:40
Y ZX
Y ZX
图3-1 自由网格和映射网格示意图
3.2 设定单元属性
在生成节点和单元网格之前，必须定义合适的单元属性，包括如
ANSYS有限元分析——课程PPT课件
如位移量、应力应变量、温度量 • 得到其他重要信息
文档仅供参考，如有不当之处，请联系本人改正。
1.2 ANSYS10.0简介
1.2.1 ANSYS 10.0发展过程 ANSYS 公 司 成 立 于 1970 年 , 是 美 国 匹 兹 堡 大 学
John Swanson 博士创建，是目前世界CAE行业最大公 司。 1.2.2 ANSYS10.0 创新之处 1.2.3 ANSYS 10.0 使用环境
文档仅供参考，如有不当之处，请联系本人改正。
1.1.2 有限元常用术语
➢ 1.单元，有限元模型中每一个小的块体称为一个单元。 一个有限元程序提供的单元种类越多，该程序功能就 越强大。ANSYS提供一百余种单元类型。
➢ 2.节点，用于确定单元形状、表述单元特征及连接相 邻单元的点。有限元模型中的最小构成元素。
9. 优化设计及设计灵敏度分析 ●单一物理场优化 ●耦合场优化
10.二次开发功能 ●参数设计语言 ●用户可编程特性 ●用户自定义界面语言 ●外部命令
11. ANSYS土木工程专用包 ANSYS的土木工程专用包ANSYS/CivilFEM用来研究钢结构、钢 筋混凝土及岩土结构的特性，如房屋建筑、桥梁、大坝、硐室与 隧道、地下建筑物等的受力、变形、稳定性及地震响应等情况， 从力学计算、组合分析及规范验算与设计提出了全面的解决方案， 为建筑及岩土工程师提供了功能强大且方便易用的分析手段。
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3. 热分析 ●稳态、瞬态温度场分析 ●热传导、热对流、热辐射分析 ●相变分析 ●材料性质、边界条件随温度变化
4. 电磁分析 ●静磁场分析－计算直流电（DC)或永磁体产生的磁场 ●交变磁场分析－ 计算由于交流电(AC)产生的磁场 ●瞬态磁场分析－计算随时间随机变化的电流或外界 引起的磁场 ●电场分析－用于计算电阻或电容系统的电场. 典型的 物理量有电流密度、电荷密度、电场及电阻热等。 ●高频电磁场分析－用于微波及RF无源组件，波导、 雷达系统、同轴连接器等分析。
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1.2 ANSYS10.0简介
1.2.1 ANSYS 10.0发展过程 ANSYS 公 司 成 立 于 1970 年 , 是 美 国 匹 兹 堡 大 学
John Swanson 博士创建，是目前世界CAE行业最大公 司。 1.2.2 ANSYS10.0 创新之处 1.2.3 ANSYS 10.0 使用环境
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1.1.2 有限元常用术语
➢ 1.单元，有限元模型中每一个小的块体称为一个单元。 一个有限元程序提供的单元种类越多，该程序功能就 越强大。ANSYS提供一百余种单元类型。
➢ 2.节点，用于确定单元形状、表述单元特征及连接相 邻单元的点。有限元模型中的最小构成元素。
9. 优化设计及设计灵敏度分析 ●单一物理场优化 ●耦合场优化
10.二次开发功能 ●参数设计语言 ●用户可编程特性 ●用户自定义界面语言 ●外部命令
11. ANSYS土木工程专用包 ANSYS的土木工程专用包ANSYS/CivilFEM用来研究钢结构、钢 筋混凝土及岩土结构的特性，如房屋建筑、桥梁、大坝、硐室与 隧道、地下建筑物等的受力、变形、稳定性及地震响应等情况， 从力学计算、组合分析及规范验算与设计提出了全面的解决方案， 为建筑及岩土工程师提供了功能强大且方便易用的分析手段。
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3. 热分析 ●稳态、瞬态温度场分析 ●热传导、热对流、热辐射分析 ●相变分析 ●材料性质、边界条件随温度变化
4. 电磁分析 ●静磁场分析－计算直流电（DC)或永磁体产生的磁场 ●交变磁场分析－ 计算由于交流电(AC)产生的磁场 ●瞬态磁场分析－计算随时间随机变化的电流或外界 引起的磁场 ●电场分析－用于计算电阻或电容系统的电场. 典型的 物理量有电流密度、电荷密度、电场及电阻热等。 ●高频电磁场分析－用于微波及RF无源组件，波导、 雷达系统、同轴连接器等分析。
ANSYS有限元入门PPT教案
第20页共49页11选择计算模块改变文件名更改工作路径选择计算模块改变文件名更改工作路径第21页共49页部分文件名称以及含义部分文件名称以及含义第22页共49页第23页共49页第24页共49页22选择单元类型选择单元类型第25页共49页3设置材料属性第26页共49页44建模由底至顶建模建模由底至顶建模由顶至底建模由顶至底建模55网格的划分网格的划分第27页共49页赋予模型材料属性赋予模型材料属性第28页共49页网格划分方式网格划分方式第29页共49页选择选择areaarea方式时的设置方式时的设置第30页共49页几种网格划分的对比几种网格划分的对比第31页共49页66添加约束施加载荷添加约束施加载荷第32页共49页77求解观察结果求解观察结果沿xx轴受压力轴受压力第33页共49页单元受载分析单元受载分析第34页共49页沿沿xxyy轴均受压力时的变形轴均受压力时的变形第35页共49页总变形数据的获得总变形数据的获得第36页共49页利用利用ansysansys作有限元分析基本步骤
• 默认的工作文件名是 file.
第46页4/6共49页
ANSYS文件及工作文件名(续)
• 数据库文件
一些特殊的文件 jobname.db
二进制
• Log 文件
jobname.log
文本
• 结果文件 (例如：结构)
jobname.rxx jobname.rst
二进制
• 图形文件
jobname.grph
第39页3/9共49页
3.3 分析过程
40
第40页/共49页
有限元分析
有限元分析(FEA) 是对物理现象（几何及载荷工况）的模拟，是对真实情 况的数值近似。通过划分单元，求解有限个数值来近似模拟真实环境的无 限个未知量。
• 默认的工作文件名是 file.
第46页4/6共49页
ANSYS文件及工作文件名(续)
• 数据库文件
一些特殊的文件 jobname.db
二进制
• Log 文件
jobname.log
文本
• 结果文件 (例如：结构)
jobname.rxx jobname.rst
二进制
• 图形文件
jobname.grph
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3.3 分析过程
40
第40页/共49页
有限元分析
有限元分析(FEA) 是对物理现象（几何及载荷工况）的模拟，是对真实情 况的数值近似。通过划分单元，求解有限个数值来近似模拟真实环境的无 限个未知量。
Ansys-Workbench详解教程ppt课件
局部细化： 支撑处、载荷施加位置、应力变化较大的地方。
ppt课件.
33
网格控制
具体操作：选中结构树的Mesh项，点击鼠标右键，选择Insert，弹出 对网格进行控制的各分项，一般只需设置网格的形式（Method）和单元的 大小（Sizing）。
其余一些网格控制项的意义：
Refinement—细化网格 Mapped Face Meshing—映射网格；
定义
真实系统
ppt课件.
有限元模型
4
节点和单元
载荷
节点: 空间中的坐标位置，具有一定自由度和 存在相互物理作用。
单元: 一组节点自由度间相互作用的数值、矩阵 描述（称为刚度或系数矩阵)。单元有线、面或实 体以及二维或三维的单元等种类。
约束
有限元模型由一些简单形状的单元组成，单元之间通过 节点连接，并承受一定载荷。
与单选的方法类似，只需选择Box Select，再在图形窗口中按住 左键、画矩形框进行选取。 3、在结构树中的Geometry分支中进行选择。
屏幕下方的状态条中将显示被选择的目标的信息。
ppt课件.
22
显示/隐藏目标
1、隐藏目标
在图形窗口的模型上选择一个目标，单击鼠标右键，在弹出的选
项里选择
，该目标即被隐藏。用户还可以在结构树中选取一
操作界面的显示 工具条的显示 选择目标 显示/隐藏 旋转、平移、缩放
ppt课件.
18
创建、打开、保存文档
File菜单或者工具条的 1、创建一个新文档。选择File—New命令。 2、 打开文档。选择File—Open命令。 3、保存文档。选择File—Save或Save As命令，
一般保存为.dsdb格式的文档。
ppt课件.
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网格控制
具体操作：选中结构树的Mesh项，点击鼠标右键，选择Insert，弹出 对网格进行控制的各分项，一般只需设置网格的形式（Method）和单元的 大小（Sizing）。
其余一些网格控制项的意义：
Refinement—细化网格 Mapped Face Meshing—映射网格；
定义
真实系统
ppt课件.
有限元模型
4
节点和单元
载荷
节点: 空间中的坐标位置，具有一定自由度和 存在相互物理作用。
单元: 一组节点自由度间相互作用的数值、矩阵 描述（称为刚度或系数矩阵)。单元有线、面或实 体以及二维或三维的单元等种类。
约束
有限元模型由一些简单形状的单元组成，单元之间通过 节点连接，并承受一定载荷。
与单选的方法类似，只需选择Box Select，再在图形窗口中按住 左键、画矩形框进行选取。 3、在结构树中的Geometry分支中进行选择。
屏幕下方的状态条中将显示被选择的目标的信息。
ppt课件.
22
显示/隐藏目标
1、隐藏目标
在图形窗口的模型上选择一个目标，单击鼠标右键，在弹出的选
项里选择
，该目标即被隐藏。用户还可以在结构树中选取一
操作界面的显示 工具条的显示 选择目标 显示/隐藏 旋转、平移、缩放
ppt课件.
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创建、打开、保存文档
File菜单或者工具条的 1、创建一个新文档。选择File—New命令。 2、 打开文档。选择File—Open命令。 3、保存文档。选择File—Save或Save As命令，
一般保存为.dsdb格式的文档。
ANSYS单元讲解(全)
把收集到得ANSYS单元类型向大家交流下。
Mass21是由6个自由度的点元素，x,y,z三个方向的线位移以及绕x,y,z轴的旋转位移。
每个自由度的质量和惯性矩分别定义。
Link1可用于各种工程应用中。
根据应用的不用，可以把此元素看成桁架，连杆，弹簧，等。
这个2维杆元素是一个单轴拉压元素，在每个节点都有两个自由度。
X,y,方向。
铰接，没有弯矩。
Link8可用于不同工程中的杆。
可用作模拟构架，下垂电缆，连杆，弹簧等。
3维杆元素是单轴拉压元素。
每个点有3个自由度。
X,y,z方向。
作为铰接结构，没有弯矩。
具有塑性，徐变，膨胀，应力强化和大变形的特性。
Link10 3维杆元素，具有双线性劲度矩阵的特性，单向轴拉（或压）元素。
对于单向轴拉，如果元素变成受压，则硬度就消失了。
此特性可用于静力钢缆中，当整个钢缆模拟成一个元素时。
当需要静力元素能力但静力元素又不是初始输入时，也可用于动力分析中。
该元素是shell41的线形式，keyopt(1)=2,’cloth’选项。
如果分析的目的是为了研究元素的运动，（没有静定元素），可用与其相似但不能松弛的元素（如link8和pipe59）代替。
当最终的结构是一个拉紧的结构的时候，Link10也不能用作静定集中分析中。
但是由于最终局于一点的结果松弛条件也是有可能的。
在这种情况下，要用其他的元素或在link10中使用‘显示动力’技术。
Link10每个节点有3个自由度，x,y,z方向。
在拉（或压）中都没有抗弯能力，但是可以通过在每个link10元素上叠加一个小面积的量元素来实现。
具有应力强化和大变形能力。
Link11用于模拟水压圆筒以及其他经受大旋转的结构。
此元素为单轴拉压元素，每个节点有3个自由度。
X,y,z方向。
没有弯扭荷载。
Link180可用于不同的工程中。
可用来模拟构架，连杆，弹簧，等。
此3维杆元素是单轴拉压元素，每个节点有3个自由度。
X,y,z方向。
作为胶接结构，不考虑弯矩。
ANSYS基础培训PPT课件
培训手册
CFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN
CFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN
培训手册
• 流动准则 • 屈服准则 • 强化准则
材料非线性
单元非线性
• 接触 – 点----点 – 点----线 – 点----面 – 面----面 – 刚----柔 – 柔----柔
{σ}=[D][B]{δ}e
{σ}—单元内任一点的应力矩阵
[D]—与单元材料有关的弹性矩阵
利用变分原理，建立作用于单元上的节点力和位
移之间的关系式
{F}e=[K]e{δ}e
培训手册
CFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN
CFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN
实体几何模型载荷
培训手册
CFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN
优点 缺点
改变网格不影响载荷 涉及到的加载实体少
生成的单元在当前激活的单元座标下，节 点为总体直角座标，因此实体与有限元模 型可能有不同座标系统和载荷方向 实体载荷在凝聚分析中不方便，因载荷加 在主自由度上施加关键点约束较繁锁 不能显示所有实体载荷
简例（续）
培训手册
CFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN
下面以小变形弹性静力问题为例，加以详细介绍。 几何方程：eij=1/2(ui,j+uj,i) 物理方程：sij=aijklekl 平衡方程：sij,j+fi=0 边界条件：
位移已知边界条件 ui=ui （在边界Гu上位移已知） 外力已知边界条件 sij,j+pi=0（在边界Гp上外力已知）
ANSYS单元类型(详细)
Mass21是由6个自由度的点元素，x,y,z三个方向的线位移以及绕x,y,z轴的旋转位移。
每个自由度的质量和惯性矩分别定义。
Link1可用于各种工程应用中。
根据应用的不用，可以把此元素看成桁架，连杆，弹簧，等。
这个2维杆元素是一个单轴拉压元素，在每个节点都有两个自由度。
X,y,方向。
铰接，没有弯矩。
Link8可用于不同工程中的杆。
可用作模拟构架，下垂电缆，连杆，弹簧等。
3维杆元素是单轴拉压元素。
每个点有3个自由度。
X,y,z方向。
作为铰接结构，没有弯矩。
具有塑性，徐变，膨胀，应力强化和大变形的特性。
Link10 3维杆元素，具有双线性劲度矩阵的特性，单向轴拉（或压）元素。
对于单向轴拉，如果元素变成受压，则硬度就消失了。
此特性可用于静力钢缆中，当整个钢缆模拟成一个元素时。
当需要静力元素能力但静力元素又不是初始输入时，也可用于动力分析中。
该元素是shell41的线形式，keyopt(1)=2,’cloth’选项。
如果分析的目的是为了研究元素的运动，（没有静定元素），可用与其相似但不能松弛的元素（如link8和pipe59）代替。
当最终的结构是一个拉紧的结构的时候，Link10也不能用作静定集中分析中。
但是由于最终局于一点的结果松弛条件也是有可能的。
在这种情况下，要用其他的元素或在link10中使用‘显示动力’技术。
Link10每个节点有3个自由度，x,y,z方向。
在拉（或压）中都没有抗弯能力，但是可以通过在每个link10元素上叠加一个小面积的量元素来实现。
具有应力强化和大变形能力。
Link11用于模拟水压圆筒以及其他经受大旋转的结构。
此元素为单轴拉压元素，每个节点有3个自由度。
X,y,z方向。
没有弯扭荷载。
Link180可用于不同的工程中。
可用来模拟构架，连杆，弹簧，等。
此3维杆元素是单轴拉压元素，每个节点有3个自由度。
X,y,z方向。
作为胶接结构，不考虑弯矩。
具有塑性，徐变，旋转，大变形，大应变能力。
有限元及其分析ANSYS基本操作课件
载荷步文件
图形文件
单元矩阵
文件名称
Jobname.log
Jobname.err
Jobname.out
Jobname.db
Jobname.xxx Jobname.rst Jobname.rth Jobname.rmg Jobname.rfl
文件格式 文本 文本 文本
二进制 二进制
Jobname.sn
文本
对于实体建模，需要描述模型的几何边界，以便生成有限元模型 前建立对单元大小和形状的控制，然后让ANSYS自动生成所有的 节点和单元。与之对比，直接生成方法必须直接确定每个节点的 位置，以及每个单元的大小、形状和连接关系。采用命令流方式 往往更便于实现有限元模型的直接生成。
有限元及其分析 ANSYS基本操作
BEAM189
2D
PLANE2，PLANE25，PLANE42，PLANE82，
PLANE83，PLANE145，PLANE146，PLANE182，
PLANE183
3D
SOLID45，SOLID64，SOLID65，SOLID92，
SOLID95，SOLID147，SOLID148，SOLID185，
有限元及其分析 ANSYS基本操作
2.坐标系
1）整体与局部坐标系 2）坐标系的激活 3）节点和单元坐标系
整体和局部坐标系用于几何体的定位，而节点坐标系则用于定义 节点自由度的方向。每个节点都有自己的节点坐标系，节点输入 数据（如约束自由度、载荷、主自由度、从自由度和约束方程） 和时间历程后处理（POST26）中节点结果数据（如自由度解、节 点载荷和反作用载荷）均是以节点坐标系方向表达。缺省情况下， 它总是平行于总体笛卡儿坐标系（节点坐标系与定义节点的激活 坐标系无关）。但在很多情况下需要改变节点坐标系，比如当需 要施加径向或者周向约束时，就需要将节点坐标系转到柱坐标系 下完成。
图形文件
单元矩阵
文件名称
Jobname.log
Jobname.err
Jobname.out
Jobname.db
Jobname.xxx Jobname.rst Jobname.rth Jobname.rmg Jobname.rfl
文件格式 文本 文本 文本
二进制 二进制
Jobname.sn
文本
对于实体建模，需要描述模型的几何边界，以便生成有限元模型 前建立对单元大小和形状的控制，然后让ANSYS自动生成所有的 节点和单元。与之对比，直接生成方法必须直接确定每个节点的 位置，以及每个单元的大小、形状和连接关系。采用命令流方式 往往更便于实现有限元模型的直接生成。
有限元及其分析 ANSYS基本操作
BEAM189
2D
PLANE2，PLANE25，PLANE42，PLANE82，
PLANE83，PLANE145，PLANE146，PLANE182，
PLANE183
3D
SOLID45，SOLID64，SOLID65，SOLID92，
SOLID95，SOLID147，SOLID148，SOLID185，
有限元及其分析 ANSYS基本操作
2.坐标系
1）整体与局部坐标系 2）坐标系的激活 3）节点和单元坐标系
整体和局部坐标系用于几何体的定位，而节点坐标系则用于定义 节点自由度的方向。每个节点都有自己的节点坐标系，节点输入 数据（如约束自由度、载荷、主自由度、从自由度和约束方程） 和时间历程后处理（POST26）中节点结果数据（如自由度解、节 点载荷和反作用载荷）均是以节点坐标系方向表达。缺省情况下， 它总是平行于总体笛卡儿坐标系（节点坐标系与定义节点的激活 坐标系无关）。但在很多情况下需要改变节点坐标系，比如当需 要施加径向或者周向约束时，就需要将节点坐标系转到柱坐标系 下完成。
ANSYS有限元分析 ppt课件
.
. A. B .
分离但节点重叠的 单元A和B之间没有 信息传递（需进行 节点合并处理）
. A. B.
具有公共节点 的单元之间存 在信息传递
1.6 节点和单元 (续)
节点自由度是随连接该节点 单元类型 变化的。
I L
I P
M L
I
J
三维杆单元 (铰接) UX, UY, UZ
I
K
二维或轴对称实体单元 L
• 将连续的结构离散成有限个单元，并在每一单元中 设定有限个节点，将连续体看作只在节点处相连接 的一组单元的集合体。
• 选定场函数的节点值作为基本未知量，并在每一单 元中假设一近似插值函数，以表示单元中场函数的 分布规律。
• 利用力学中的某种变分原理去建立用以求节点未知 量的有限单元法方程，将一个连续域中有限自由度 问题化为离散域中有限自由度问题。
i
du ui1ui
x dx
li
E i
i
E(ui1ui )
x
x
li
1.8 直杆受自重作用的拉伸问题(续)
• 当选择了某种单元类型时，也就十分确定地选择并 接受该种单元类型所假定的单元形函数。
• 在选定单元类型并随之确定了形函数的情况下，必 须确保分析时有足够数量的单元和节点来精确描述 所要求解的问题。
1.8 直杆受自重作用的拉伸问题
1.8 直杆受自重作用的拉伸问题(续)
• 就整个直杆来说，位移函数U(x)是未知的，但对每
单元: 一组节点自由度间相互作用的 数值、矩阵描述（称为刚度或系数 矩阵)。单元有线、面或实体以及二 维或三维的单元等种类。
载荷
有限元模型由一些简单形状的单元组成，单 元之间通过节点连接，并承受一定载荷。
ANSYS有限元分析——课程
2）模态分析 - 计算线性结构的自振频率及振形. 谱分 析 是模态分析的扩展，用于计算由于随机振动引 起的结构应力和应变 (也叫作 响应谱或 PSD).
3）谐响应分析 - 确定线性结构对随时间按正弦曲线 变化的载荷的响应.
4）瞬态动力学分析 - 确定结构对随时间任意变化的 载荷的响应. 可以考虑与静力分析相同的结构非线 性行为.
1.2.4 ANSYS的三个基本功能模块 1、前处理模块 （1）实体建模：自顶向下和自低向上两种建模方法 （2）网格划分：延伸划分、映像划分、自由划分和自适
应划分。
2、求解模块 3、后处理模块POST1和POST2 1.2.5 ANSYS 10.0程序功能 （下一章节叙述）
第二章 ANSYS主要功能与模块
● 线性结构静力分析
● 非线性结构静力分析
♦ 几何非线性：大变形、大应变、应力强化、旋 转软化
♦ 材料非线性：塑性、粘弹性、粘塑性、超弹性、 多线性弹性、蠕变、肿胀等
♦ 接触非线性：面面/点面/点点接触、柔体/柔体 刚体接触、热接触
♦ 单元非线性：死/活单元、钢筋混凝土单元、非 线性阻尼/弹簧元、预紧力单元等
John Swanson 博士创建，是目前世界CAE行业最大公 司。
1.2.2 ANSYS10.0 创新之处 1.2.3 ANSYS 10.0 使用环境
ANSYS及ANSYS/LS-DYNA程序可运行与PC机、 NT工作站、UNIX工作站及巨型计算机等各类计算机 及操作系统中，其数据文件在其所有的产品系列和工 作平台上均兼容。并与多种CAD软件共享数据。
ANSYS程序自身有着较为强大三维建模能力，仅靠 ANSYS的GUI(图形界面)就可建立各种复杂的几何模型； 此外，ANSYS还提供较为灵活的图形接口及数据接口。 因而，利用这些功能，可以实现不同分析软件之间的模 型转换。
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左边是LINK单元在桁架上的应用，右边是BEAM单元在梁上的应用
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面单元
几何形状为面型的结构，可用于以下单元模拟 1.SHELL单元：主要用于薄板或曲面结构的模拟，壳单元分析应用的 基本原则是每块面板的主尺寸不低于其厚度的10倍
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单元阶次直接影响到单元形函数的阶次，一般说来，形函数阶次越高 ，计算结果越精确；因而，同线性单元相比，采用高阶的单元类型可 以得到相对较好的计算结果。 线性单元、二次单元和P单元的使用，需注意以下问题： 单元阶次的选择需要在计算精度和计算规模间综合衡量； 对于模型中，有曲边或曲面存在时，通常推荐使用高阶单元，因为线 性单元的严重扭曲变形可能引起计算精度下降，更高阶的单元对这种 扭曲变形不敏感，此时使用高阶单元以获得较高的全面精度； 对于非线性问题，高阶单元并不比线性单元更有效； 单元阶次对求解的精度影响，相对平面单元和三维实体单元之间简化 的差别来说，影响要小得多，因而使用线性单元的场合比较多。
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3 单元类型的选择方法
单元类型选择概述
1、ANSYS的单元库提供了100多种单元类型，单元类型选择的工作就是 将单元的选择范围缩小到少数几个单元上； 2、在选择单元时，首先应该遵循的原则是要能正确的计算模型，根据模 型的几何形状选定单元的大类，如线状结构只能用“LINK Beam Pipe 和Combin”这类单元去模拟；面状结构则只能用“Plane、Shell”这 类单元去模拟； 3、其次应当根据分析问题的性质选择单元类型，如确定为2D的Beam单 元后，应当根据分析问题是弹性的还是塑性确定为“Beam3”或 “Beam4”等 4、在选择时，应当考虑到模型精度与模型计算量之间的取舍问题，例如 高阶与线性之间的选择
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2 单元介绍
1 点单元
其特点是几何形状为点状，可用以下单元模拟： MASS单元：主要用于动力学分析质量块结构的模拟；
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2 线单元
几何形状为线性的结构，可用以下单元进行模拟： 1、LINK单元：用于桁架、螺栓、螺杆等连接件的模拟； 2、Beam单元：用于梁、螺栓、螺杆、连接件等的模拟 3、Pipe单元：用于管道、管件等结构的模拟； 4、Combin单元：用于弹簧，细长构件等的模拟。
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2. PLANE单元（平面单元）：用于总体直角坐标系下X-Y平面内结构 的平面应力、平面应变、轴对称问题
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应用的一些注意事项
适用于Z方向上的几何尺寸远远小于X和Y方向上尺寸的情况（例如薄 板）； 适用于Z方向上的几何尺寸远远大于X和Y方向上尺寸的情况（例如船 闸）；
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。
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4 一些常见问题
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。
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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。
1 线性单元：对于结构分析问题，单元内的位移数值按线性变化，因 而每个单元内的应力状态是保持不变的
2 二次单元：对于结构分析问题，单元内的位移数值按二次函数变化 ，因而每个单元内的应力状态是线性变化的 3 P单元：对于结构分析问题，单元内的位移数值按二阶到八阶函数 变化，而且具有求解收敛自动控制功能，自动确定各位置上应采用的 函数阶数
所有的载荷均作用在XY平面内； 仅允许XY平面内的运动；
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体单元
几何形状为体型的结构，可用以下单元模拟 1.SOLID单元：主要用于三维实体结构的模拟
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பைடு நூலகம்
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实体单元的选择 实体单元类型比较多，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，一般将其分为两类。
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ANSYS单元类型详解
1
单元分类 单元介绍 单元类型的选择方法
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1 单元分类
按形状分类
1
点单元：MASS
2
线单元：LINK、BEAM、COMBIN
面单元：PLANE、SHELL 体单元：SOLID
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按单元阶次分类