有限元分析课件之ANSYS单元类型(本科生讲解).

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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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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。
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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
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点单元：MASS
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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

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
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。

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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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
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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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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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）；
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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。