ANSYS有限元分析中的单位问题

ANSYS有限元分析中的单位问题

2008年06月08日星期日 01:07

ansys中没有单位的概念，只要统一就行了。所以,很多人在使用时,不知道该统一用什么单位,用错单位造成分析结果严重失真!

今综合相关资料,整理如下:

一、在ansys经典中，的确没有单位区别，关键要看你的模型以什么样的单位去建，当然，对应的材料属性（杨氏模量，密度等）也要以你所建模型的单位去对应，着重需要注意的是在把模型由cad软件导入ansys中时，注意单位的对应就可以，当然一般在cad模型中的单位是mm制，那么导入ansys后也应该采用mm 制，也就是mpa类型！

二、打开ansys，运行/units,si，就把单位设置成国际制单位了！！即长度：m ；力：n ；时间：s ；温度：k ；压强/压力：Pa ；面积：m2 ；质量：kg ,确保了分析结果不失真，且易于读懂结果数据。

三、ANSYS中不存在单位制，所有的单位是自己统一的。一般先确定几个物理量的单位（做过振动台试验的朋友一定会知道），然后导出其它的物理量的单位。静力问题的基本物理量是：

长度，力，质量

比如你长度用m,力用KN，而质量用g

那么应力的单位就是KN/m*m,而不是N/m*m。

动力问题有些复杂，基本物理量是：

长度，力，质量，时间

比如长度用mm,力用N,质量用Kg，而时间用s

以上单位就错了，因为由牛顿定律：

F=ma

所以均按标准单位时：

N=kg*m/(s*s)

所以若长度为mm,质量为Kg，时间用s则有

N*e-3=kg*mm/(s*s)

所以，正确的基本单位组合应该是：

mN(毫牛，即N*e-3）, mm, Kg, s

所以，如果你要让ANSYS的单位为国际单位制，你在输入物理量之前，先

将所有的物理量转换为国际单位制，如：

原先你的图纸上均为毫米，比如一个矩形截面尺寸是400mm*500mm，

那么，你在建模之前先转化为0.4m*0.5m

然后输入的长度为0.4和0.5，ANSYS只知道你输入的是0.4和0.5，它不知道你的单位是什么。

附上一句：ANSYS中有一个只能从命令行输入的命令：/UNITS, 它的作用仅

仅是标记作用，让用户有个地方做标记，它没有任何单位转换的功能。

不要被他迷惑。英文原文如下：

The units label and conversion factors on this command are for user convenienc

e only and have no effect on the analysis or data. That is, /UNITS will not co

nvert database items from one system to another (e.g., from British to SI, etc

四、在ANSYS中没有规定单位，它值进行代数值的运算，需要用户自己去定义自己的单位制，很多初学者对于单位的问题很不解。在使用的时候只需要记住一点就可以了：使用统一的单位制。

由于处理实际问题时分析问题的需要或者个人习惯不同，不同人对不同物理量的单位有不同选择。例如对于长度单位，机械设计人员喜欢使用mm，而工程设计人员经常使用m。再如力的单位，国际单位为N，但是在很多地方使用kN作为力的单位。选用什么单位并无对错之分，只需推算出其他物理量的对应单位即可。下面举个例子进行说明：

一个实体模型质量为1kg，长度为4X10-3m，弹性模量为2.1X1011Pa，时间为7s。这几个量的单位都是国际单位，但是物理量之间的数量级差别很大，容易引起计算收敛困难或计算误差太大。将质量和长度单位改变一下，变成非国际单位制，质量为1X10-3t，长度为4mm，时间为7s。这时候弹性模量为2.1X106MPa了，那么物理量之间的数量级差别就小了。但同时需注意的是，很多其他物理量的单位也不再是国际单位制了，比如速度单位由m/s变为mm/s。

由上面的分析可知，可按下面的方法选用单位制：

1、所有的单位都统一使用国际单位制，那么计算的所有结果也为国际单位制。

2、使用非国际单位制，需要先确定几个基本物理量的单位，然后根据基本物理量推导出其它物理量的单位。

基本物理量及其量纲：

质量m;

长度L;

时间t;

温度T。

导出物理量及其量纲：

速度：v=L/t;

加速度：a=L/t2;

面积：A=L2;

体积：V=L3;

密度：ρ=m/L3;

力：f=m·a=m·L/t2;

力矩、能量、热量、焓等：e=f·L=m·L2/t2;

压力、应力、弹性模量等：p=f/A=m/(t2·L);

热流量、功率：ψ=e/t=m·L2/t3;

导热率：k=ψ/(L·T)=m·L/(t3·T);

比热：c=e/(m·T)=L2/(t2·T);

热交换系数：Cv=e/(L2·T·t)=m/(t3·T)

粘性系数：Kv=p·t=m/(t·L);

熵：S=e/T=m·l2/(t2·T);

质量熵、比熵：s=S/m=l2/(t2·T);

量纲的选用原则

选择合适的量纲，需要注意以下原则：

1、确定分析中使用的物理量的数量级大小，避免使用数量级太大或太小的量纲。

2、同一问题中所有物理量的量纲要保持一致，否则计算结果中的某些物理量的量纲就不明确，容易导致错误的结果。

3、一般情况，为了分析方便，可先选定基本物理量的量纲，再由基本物理量的量纲推导其它物理量的量纲。当然，也可以先确定部分导出物理量的量纲，然后根据基本物理量与导出物理量的关系，推导基本物理量的量纲。

下面举两个常用的例子。

1基本物理量采用如下单位制：

质量m–kg；（应该采用Mg单位才统一，具体可以参考MSC.MARC中的材料库统一单位，推导）

长度L–mm；

时间–S；

温度–K(温度K与C等价)。

各导出物理量的单位可推导如下，同时还列出了与kg-m-S单位制或一些常用单位的关系：

速度：v=L/t=mm/S=10-3m/S;

加速度：a=L/t2=mm/S2=10-3m/S2;

面积：A=L2=mm2=10-6m2;

体积：V=L3=mm3=10-9m3;

密度：ρ=m/L3=kg/mm3=10-9kg/m3=10-6g/cm3;

力：f=m·L/t2=kg·mm/S2=10–3kg·m/S2=mN(牛);

力矩、能量、热量、焓等：e=m·L2/t2=kg·mm2/S2=10–6kg·m2/S2=µJ(焦耳); 压力、应力、弹性模量等：p=m/(t2·L)=kg/(S2·mm)=103kg/(S2·m)=kPa(帕); 热流量、功率：ψ=m·L2/t3=kg·mm2/S3=10–6kg·m2/S3=µw(瓦);

导热率：k=m·L/(t3·T)=kg·mm/(S3·K)=10–3kg·m/(S3·K);

比热：c=L2/(t2·T)=mm2/(S2·K)=10–6m2/(S2·K);

热交换系数：Cv=m/(t3·T)=kg/(S3·K);

粘性系数：Kv=m/(t·L)=kg/(S·mm)=103kg/(S·mm);

熵：S=m·L2/(t2·T)=kg·mm2/(S2·K)=10-6kg·m2/(S2·K);

质量熵、比熵：s=L2/(t2·T)=mm2/(S2·K)=10-6m2/(S2·K);

2基本物理量采用如下单位制：

质量m–g；

长度L–µm(106m)；