ANSYS有用续—超弹性体
ANSYS 模拟超弹性球压缩
ANSYS 模拟超弹性球压缩采用Ogden 三对材料常数模型分析橡胶球的压缩，球的直径40mm。
将橡胶球压缩其直径的1/2。
几乎不可压缩的Ogden。
由二维轴对称PLANE182单元和刚-柔接触面组成的二维轴对称模型,该接触对考虑了板的厚度变化效应，接触对摩擦系数指定为0.35。
1，选择结构分析类型，选择单元类型Main Menu: Preprocessor →Element Type→Add/Edit/Delete→Add→Solid - 4 Node 182 →OK→Option→K3:Axisymmetric →Ad d →Contact →刚性接触单元2D Targe169(显示TARGE169) →Apply →Contact →柔性接触单元 2 nd surf 171 显示(CONTA171) →OK →[Close]提示: 单元类型 1 采用PLANE182 单元，因为这是一个体积变形问题, 所以采用缺省公式, 即B-Bar 方法。
采用几乎不可压缩超弹性材料属,所以不需要混合U-P 公式。
2. 定义材料参数--输入Ogden 模型参数Main Menu →Preprocessor →Material Props →Material Models →Structural →Nonlinear →Elastic→Hyperelastic →O gden → 3 terms”→mu_1:6.3, a_1:1.3, mu_2:0.012, a_2:5.0, m u_3:-0.1, a_3:-2.0, d_1:2e-4 →[OK] →New Material Model →Structural →Friction Coefficient →0.35 Exit3.生成几何模型生成特征点Main Menu: Preprocessor →Modeling→Create→Key points →InActive CS →依次输入 2 个点的坐标：input:1(0,0.02,0),2(0.03,0.02,0) →OK生成一条横线Main Menu: Preprocessor→Modeling→Create→Lines→Straight Line →连接 2 个特征点，1→2→OK生成一个1/4 圆形面Main Menu: Preprocessor →Modeling→Create→Areas→Circle→Part ial Annulus（WPX=0，WPY=0，Rad1=0.02,Theta=0，Rad2=0,Theta=90）→OK4.网格划分Main Menu: Preprocessor →Meshing→Mesh Tool→Element Attribut e →Area→Material num:1 (PLANE182)→Smart size (选6) →Mesh: Area, Shape: Free, Quad →Mesh→拾取圆弧形面→Close注意：由于要生成线刚-柔接触对，表示模具的横线要指定属性。
基于Ls-Dyna软件2种材料模型的碳纤维复合材料层合板面内剪切有限元仿真
2020年12月第44卷第12期Vol.J4No.12Dec.202() MATERIALS FOR MECHANICAL ENGINEERINGDOI：10.11973/jxgccl202012016基于Ls-Dyna软件2种材料模型的碳纤维复合材料层合板面内剪切有限元仿真孟宪明'，钟正S程从前2,曹铁山S赵杰2,黄亚烽-吴瑶2(1.中国汽车技术研究中心有限公司，天津300300；2.大连理工大学材料科学与工程学院，大连116024)摘要：通过准静态单轴拉伸试验和面内剪切试验获取力学性能参数，采用Ls-Dyna软件中的纤维增强复合材料渐进损伤模型和复合材料层合板连续损伤模型模拟碳纤维复合材料层合板在面内剪切载荷作用下的力学响应和破坏模式，对比了2种模型的适用性。
结果表明：在面内剪切过程中的初始线弹性阶段,2种模型都能较好地模拟出碳纤维复合材料层合板的力学特性。
随着载荷的持续增大，渐进损伤模型的载荷-位移仿真曲线依旧呈线性上升，到达载荷峰值后迅速下降，与试验曲线存在很大偏差；连续损伤模型由于引入了损伤参数，当材料出现损伤后.其载荷-位移仿真曲线呈非线性，与试验曲线吻合良好。
关键词：碳纤维复合材料；连续损伤模型；渐进损伤模型；损伤参数中图分类号：TB332文献标志码：A文章编号：1000-3738(2020)12-0085-06Finite Element Simulation of In-plane Shear of Carbon Fiber ReinforcedPlastic Laminates with Two Material Models of LS-DYNA SoftwareMENG Xianming1.ZHONG Zheng2.CHENG Congqian2,CAO Tieshan2.ZHAO Jie2,HUANG Yafeng*,WU Yao2(1.China Automotive Technology&Research Center Co.,Ltd.,Tianjin300300,China；2.School of Materials Science and Engineering,Dalian University of Technology»Dalian116024,China)Abstract:The progressive failure model of fiber reinforced plastics and the continuous damage model of composite laminate of the Ls-Dyna software were applied to simulate the mechanical response and damage modes of carbon fiber reinforced plastic laminates under in-plane shear loads,with the mechanical parameters obtained by quasi-static uniaxial tensile and in-plane shear tests.The applicability of the two models was compared.The results show that in the initial linear elastic stage during in-plane shearing,the two models could simulate the mechanical characteristics of the carbon fiber r&nforced plastic laminates.As the load continued to increase,the loaddisplacement simulation curve obtained by the progressive failure model still rose linearly,and dropped rapidly after reaching the load peak；the simulation curve had a large deviation from the test curve.When the material was damaged,because of the introduction of damage parameters,the load-displacement simulation curve obtained by the continuous damage model was nonlinear,which was in good agreement with the test curve.Key words:carbon fiber reinforced plastic；continuous damage model；progressive failure model；damage parameter收稿日期：2020-08-05；修订日期：2020-11-27基金项目：国家重点研发计划“新能源汽车”重点专项项目（2O16YFBO1O16O2）作者简介:孟宪明（1980—）,男，山东济南人，高级工程师•博士通信作者:赵杰教授0引言碳纤维复合材料（CFRP）作为一种比强度高、比刚度高、耐腐蚀性能较强的轻量化材料，广泛应用于汽车、航空航天、军工武器、高速动车等方面口切。
大型有限元分析软件ANSYS的特点
大型有限元分析软件ANSYS的特点王友海 颜慧军 胡长胜 ANSY S程序是美国ANSY S公司研制的大型有限元分析(FE A)软件,自1970年John S wans on博士洞察到计算机模拟工程应该商品化,创建了AN2 SY S公司以来,ANSY S程序已发展成为全球范围一个多用途的设计分析软件。
ANSY S程序是一个功能强大的设计分析及优化软件包。
与其它有限元分析软件如S AP或NAS2 TRAN等相比,它有以下特点:(1)ANSY S是完全的WI NDOWS程序,从而使应用更加方便;(2)产品系列由一整套可扩展的、灵活集成的各模块组成,因而能满足各行各业的工程需要;(3)它不仅可以进行线性分析,还可以进行各类非线性分析;(4)它是一个综合的多物理场耦合分析软件,用户不但可用其进行诸如结构、热、流体流动、电磁等的单独研究,还可以进行这些分析的相互影响研究,例如:热—结构耦合,磁—结构耦合以及电—磁—流体—热耦合等。
本文将以ANSY S/Structural (结构)模块为例,详细研究该软件的功能及特点。
1 结构静、动力分析111 结构静力分析ANSY S程序中结构静力分析,用来求解外载荷引起的位移、应力、和力。
静力分析适合于求解惯性及阻尼的时间相关作用对结构响应的影响不显著的问题。
ANSY S程序中静力分析同样能包括非线性,如塑性、蠕变、膨胀、大变形、大应变及接触面等。
有关非线性内容后面将详细叙述。
112 结构动力分析结构动力分析用来求解随时间变化的载荷对结构或部件的影响。
ANSY S程序可以求解下列类型的动力分析问题:瞬态动力、模态、谐波响应及随机振动。
11211 瞬态分析瞬态分析(也称时间—历程分析)用于确定结构承受随时间变化载荷时的动力响应。
ANSY S求解瞬态动力问题有三种方法:全瞬态动力分析方法,凝聚法和模态叠加法。
11212 模态分析图1 皮带轮模态分析(虚线表示未变形形态)当需要结构的自然频率时,模态分析是很有用的(图1)。
workbench建立橡胶的超弹性和粘弹性本构模型
10分钟教你Ansys workbench建立橡胶的超弹性和粘弹性本构模型Ansys workbench橡胶-聚合物-天然橡胶-硅橡胶-聚氨酯等粘弹性本构模型的建立需要具体指导可以重要截图如下：补充：ANSYS 粘弹性材料1.1ANSYS 中表征粘弹性属性问题粘弹性材料的应力响应包括弹性部分和粘性部分，在载荷作用下弹性部分是即时响应的，而粘性部分需要经过一段时间才能表现出来。
一般的，应力函数是由积分形式给出的，在小应变理论下，各向同性的粘弹性本构方程可以写成如下形式：()()002t t de d G t d I K t d d d σττττττ∆=-+-⎰⎰(1)其中σ＝Cauchy 应力()G t ＝为剪切松弛核函数()K t ＝为体积松弛核函数e ＝为应变偏量部分（剪切变形）∆＝为应变体积部分（体积变形）t ＝当前时间τ＝过去时间I ＝为单位张量。
该式是根据松弛条件本构方程(1)，通过将一点的应变分解为应变球张量（体积变形）和应变斜张量（剪切变形）两部分，推导而得的。
这里不再敖述，可参考相关文献等。
ANSYS 中描述粘弹性积分核函数()G t 和()K t 参数表示方式主要有两种，一种是广义Maxwell 单元（VISCO88和VISCO89）所采用的Maxwell 形式，一种是结构单元所采用的Prony 级数形式。
实际上，这两种表示方式是一致的，只是具体数学表达式有一点点不同。
1.2Prony 级数形式用Prony 级数表示粘弹性属性的基本形式为：()1exp G n i G i i t G t G G τ∞=⎛⎫=+- ⎪⎝⎭∑(2)()1exp K n i K i i t K t K K τ∞=⎛⎫=+- ⎪⎝⎭∑(3)其中，G ∞和i G 是剪切模量，K ∞和i K 是体积模量，G i τ和K i τ是各Prony 级数分量的松弛时间(Relative time)。
再定义下面相对模量(Relative modulus)0G i i G G α=(4)0K i i K K α=(5)其中，0G ，0K 分别为粘弹性材质的瞬态模量，并定义式如下：()010G n i i G G t G G ∞====+∑(6)()010Kn i i K K t K K ∞====+∑(7)在ANSYS 中，Prony 级数的阶数G n 和K n 可以不必相同，当然其中的松弛时间G i τ和K i τ也不必相同。
基于ANSYS的超弹性模型参数确定
量输出， 其线 性 应变达 ３０ 之多 ） 反应 速度 快 （ 秒级 ）， 它们 具备 了作 为制 作 电致动 器 （ ｃ ａ ｒ） ８％ 、 微 使得 Ａ ｔ ｔ ｓ ｕｏ 或者 反过来 制作 传感 器 （ ｅｓｒ） Ｓｎｏｓ 的基 础 材料 的可 能性 ， 由于 此类 材 料 具有 柔 软 性 ， 又 因而 甚 至 被 视 为将
ｉ ｒ ｉ ｅ ａ ａ ｔ ｒ ａ ｄ ｆ ｅ ｏ ｎ ｎ ｐ ｒｍ ｅｅ ｓ ｎ Ｏｇ ｅ ｍ ｏ ｌ ｔ ｔｒ ｅ ｒ ｒ ａ ｅ ｕｔ ｄ ｈ ｍ ｅ ｈ ｎ ｃ ｌ ｒ ｐ ｒｙ ｆ ｖ ｄｎ ｄｅ ｗｉｈ ｈ ｅ ｏ ｄｅ ｓ ｒ ｓ ｉ ｔ ｅ ｅ ｃ ａ ｉａ ｐ ｏ ｅ ｔ ｏ
冯敏 亮 ， 刘 罡 ， 汪 琚 ， 于春 丽
（ 肥学 院 机械工程 系 ， 肥 合 合 ２００ ） ３６ １
摘
要： 电场 活 化 聚 合 物 （ ｉ ｅｔｃＥａｔｍ ｒ属 于 大 变形 超 弹 性材 料 ， 于 Ａ Ｓ Ｓ的 超 弹 性 模 型 对 试 验 数 据 进 Ｄｅ ｃｒ ｌｓ ｅ） ｌ ｉ ｏ 基 ＮＹ
Ｋｅ ｏ ｄ ：ｄ ｅｅ ｔ ｃ ｅ ａ ｔ ｍｅ ；Ｍｏ ｎ ｙ Ｒｉｌ ｄ ｌ ｙ ｗ ｒ ｓ ｉｌ ｃｒ ｌｓｏ ｒ ｉ ｏ ｅ — ｖ ｉ ｍｏ ｅ ；Ｏｇ ｅ ｄ ｌ ｎ ｄ ｎ ｍｏ ｅ
０ 引 言
电场活化 聚 合物 （ ｉｌ ｔｃＥａｔｍ ｒ 是一 类膜状 绝 缘 材料 （ 软硅 树 脂 、 Ｄｅ ｃ ｌｓ ｅ） ｅｒ ｉ ｏ 如 聚丙 烯 酸 橡 胶 等 ） 在 直 流 ， 电场作 用下会 产 生大 幅度 的形变 （ 积增大 ， 面 厚度 减小 ） 这 种现 象被 称 为麦 克 斯 韦尔应 力 ． ， 由于 此类 材 料 变 形 幅度大 （ 例如 软硅树 脂 的应 变可 以达 到 ２ ％ 一３ ％ ， ０ ０ 而聚 丙 烯 酸橡 胶 甚 至可 以提供 更 大 的应 变 和能
Ansys 单元介绍
ANSYS单元类型选择方法2009-04-10 11:01最近在学习ANSYS，收集到一些资料，跟大家分享一下：还有心得体会将在后面写出来跟同行们交流！下面是有关ANSYS分析中的单元选择方法：一、单元类型选择概述：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；单元类型选择方法：1.设定物理场过滤菜单，将单元全集缩小到该物理场涉及的单元；二、单元类型选择方法（续一）2.根据模型的几何形状选定单元的大类，如线性结构则只能用“Plane、Shell”这种单元去模拟；3.根据模型结构的空间维数细化单元的类别，如确定为“Beam”单元大类之后，在对话框的右栏中，有2D 和3D的单元分类，则根据结构的维数继续缩小单元类型选择的范围；三、单元类型选择方法（续二）4.确定单元的大类之后，又是也可以根据单元的阶次来细分单元的小类，如确定为“Solid-Quad”，此时有四种单元类型：Quad 4node 42 Quad 4node 183 Quad 8node 82 Quad 8node 183 前两组即为低阶单元，后两组为高阶单元；四、单元类型选择方法（续三）5.根据单元的形状细分单元的小类，如对三维实体，此时则可以根据单元形状是“六面体”还是“四面体”，确定单元类型为“Brick”还是“Tet”；五、单元类型选择方法（续四）6.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，此时有三种单元类型可供选择，如下：2D elastic 3 2Dplastic 23 2D tapered 54，根据分析问题是弹性还是塑性确定为“Beam3”或“Beam4”，若是变截面的非对称的问题则用“Beam54”。
六、单元类型选择方法（续五）7.进行完前面的选择工作，单元类型就基本上已经定位在2-3种单元类型上了，接下来打开这几种单元的帮助手册，进行以下工作：仔细阅读其单元描述，检查是否与分析问题的背景吻合、了解单元所需输入的参数、单元关键项和载荷考虑；了解单元的输出数据；仔细阅读单元使用限制和说明。
ansys超弹性练习十四
– TBFT,EADD,1,BIAX,NR_23C_EB_SCL_1_SEG38
– TBFT,EADD,1,SHEA,NR_23C_PT_SCL_1_SEG38
提示： 平衡轴向拉伸和平面拉伸(剪切)以相同的方式指定。这 些文本文件也是针对具体的变形模式关于工程应变-工 程应力的。本例中，未使用体积实验数据并假定为不 可压缩。
练习 8B: 超弹性曲线拟合
…简单拉伸实验
使用GUI菜单方法：
• 在对话框中输入 “Solve for the following Function,” 选择“Hyperelastic > Yeoh > 3rd Order” 。这不是非线性曲线拟合，所以没有需要初 始化的数据。需要首先使用规范化错误标准。
或命令输入方法：
– /PREP7 – TBFT,EADD,1,UNIA,NR_23C_ST_SCL_1_SEG38
提示： 首先需要设置的实验数据是单轴拉伸数据。这以工程 应变-工程应力格式存放在空格或列表-分界文本文件中 。
练习 8B: 超弹性曲线拟合
…简单拉伸实验
使用GUI菜单方法：
• 在“Biaxial test data for Material 1”，选“Read From File”，并选择文件 “NR_23C_EB_SCL_1_SEG38”，点击“Open”。
Image courtesy of Axel Products, Inc.
练习 8B: 超弹性曲线拟合
…简单拉伸实验
1. 读入输入文件“ASNL_W08B_Tension.inp”
使用GUI菜单方法：
– Utility Menu > File > Read Input From… • 选择“ASNL_W08B_Tension.inp” • 点击 [OK]
ANSYS讲义非线性分析
t1
t2
时间 t
XJTU
自动时间步(续)
• 自动时间步算法是 非线性求解控制 中包含的多种算法的一种。
（在以后的非线性求解控制中有进一步的讨论。） • 基于前一步的求解历史与问题的本质，自动时间步算法或者增加
或者减小子步的时间步大小。
XJTU
5) 输出文件的信息
在非线性求解过程中，输出窗口显示许多关于收敛的信息。输出 窗口包括：
子步
时间 ”相关联。
“时间
两个载荷步的求解 ”
XJTU
在非线性求解中的 “ 时间 ”
• 每个载荷步与子步都与 “ 时间 ”相关联。 子步 也叫时间步。
• 在率相关分析（蠕变，粘塑性）与瞬态分析中，“ 时间 ”代表真实 的时间。
• 对于率无关的静态分析，“ 时间 ” 表示加载次序。在静态分析中， “ 时间 ” 可设置为任何适当的值。
最终结果偏离平衡。
u 位移
XJTU
1) Newton-Raphson 法
ANSYS 使用Newton-Raphson平衡迭代法 克服了增量
求解的问题。 在每个载荷增量步结束时，平衡迭代驱 使解回到平衡状态。
载荷
F
4 3 2
1
u 位移
一个载荷增量中全 Newton-Raphson 迭代 求解。（四个迭代步如 图所示）
XJTU
非线性分析的应用(续)
宽翼悬臂梁的侧边扭转失 稳
一个由于几何非线性造 成的结构稳定性问题
XJTU
非线性分析的应用(续)
橡胶底密封 一个包含几何非线 性（大应变与大变 形），材料非线性 （橡胶），及状态 非线性（接触的例 子。
XJTU
非线性分析的应用(续)
Ansys中文帮助-单元详解-PLANE183
PLANE183单元性质：2维8节点实体结构单元MP ME ST<><><><><><>PP EDPLANE183单元说明PLANE183是一个高阶2维8节点单元。
PLANE183具有二次位移函数，能够很好地适应不规则模型的分网(例如由不同CAD/CAM所产生的模型)。
本单元有8个节点，每个节点有2个自由度，分别为x和y方向的平移。
本单元既可用作平面单元(平面应力、平面应变和广义平面应变)，也可用作轴对称单元。
本单元具有塑性、蠕变、应力刚度、大变形及大应变的能力。
并具有力-位移混合公式的能力，可以模拟接近不可压缩的弹塑性材料的变形。
支持初应力选项。
有多种打印输出选项可用。
关于本单元的更多细节见ANSYS公司理论手册中的PLANE183。
图183.1PLANE183单元几何PLANE183输入数据在图183.1:"PLANE183单元几何"中给出了本单元的几何形状，节点位置和坐标系。
单元输入数据包括4个节点，一个厚度(仅当KEYOPT(3)=3时)以及正交异性材料特性。
正交异性材料的方向与单元坐标系方向一致，单元坐标系的方向在"坐标系"中说明。
将节点K,L和O定义为相同的节点可以形成三角形单元。
PLANE2是一个类似的但6个节点的三角形单元。
除节点外，单元输入数据还包括：一个厚度(仅对平面应力选项)和正交异性材料特性。
正交异性材料的方向与单元坐标系方向一致。
单元坐标系的方向在坐标系中说明。
单元载荷在"节点和单元载荷"中说明。
压力可以作为单元边界上的面载荷输入，如图183.1:"PLANE183单元几何"中带圆圈数字所示。
正压力指向单元内部。
可以输入温度作为单元节点处的体载荷。
节点I处的温度T(I)默认为TUNIF。
如果不给出其它节点处的温度，则默认等于T(I)。
采用ANSYS的橡胶弹簧的有限元建模与仿真
采用ANS YS的橡胶弹簧的有限元建模与仿真任茂文1,周长峰2(1江苏电大泗洪分校,泗洪223900;2东南大学机械工程学院,南京210096)摘要:建立AD250铰接式自卸车前悬架橡胶弹簧的参数化非线性有限元接触模型,比较橡胶弹簧实体建模与平面建模的计算精度,并分析大载荷下橡胶弹簧内部应力的分布,得到的结果与试验结果有很好的一致性。
此模型可为橡胶弹簧结构的参数优化提供理论支持。
关键词:橡胶弹簧;非线性;有限元分析中图分类号:U463 33+4 5 文献标识码:B 文章编号:1671 3133(2008)05 0059 04R ubber spri ng s fi nite ele m ent si m ulation m odeli ngand si m ulation based on ANS YSR en M ao w en1,Zhou Chang feng2(1School of Sihong,Jiangsu TV Un iversity,S i h ong223900,Jiangsu,C HN;2Schoo l ofM echan ica lEng i n eeri n g,Southeast University,Nan ji n g210096,C HN)Abstrac t:T he AD250hi nge type du m p truck fron t suspension rubber spri ng s pa ra m e triza ti on non li near fi n ite e le m ent contact m ode l has been estab lished.T he co m puta ti ona l accurac i es o f the rubber spr i ng entity m ode lli ng and the pla i n modelli ng have been compared.Besi des,the rubber spri ng i nternal stress distri buti on under the b i g load has been ana l y zed.There are good unifor m ity bet w een the result and t he exper i m enta l result.T his m ode l may prov i de the theoreti ca l suppo rt f o r the pa ra m e ter opti m ization of the rubbe r spr i ng structure.K ey word s:R ubber spr i ng;N on li near;F i n i te ele m ent ana l y si s近年来,具有可变刚度特点的橡胶弹簧和空气弹簧在工程车辆的悬架系统中已逐渐得到应用。
Ansys中文帮助-单元详解-SOLID185
单元详解——Solid1853维8节点固体结构单元Solid185单元描述solid185单元用于构造三维固体结构.单元通过8个节点来定义,每个节点有3个沿着xyz方向平移的自由度.单元具有超弹性,应力钢化，蠕变,，大变形和大应变能力.还可采用混合模式模拟几乎不可压缩弹塑材料和完全不可压缩超弹性材料。
可以查看ANSYS, Inc. Theory Reference了解SOLID185的更多细节，Solid185单元的更高阶单元是186。
图 185.1 Solid185 单元SOLID185输入数据单元的几何和节点的位置见Figure 185.1: "SOLID185 Geometry". 单元由8个节点组成，定义为各向异性材料。
默认的单元坐标系为全局坐标系，可以通过ESYS定义单元坐标系，既而可定义各向异性材料的方向。
关于单元加载的描述见Node and Element Loads，压力可作为面力加载在如Figure 185.1: "SOLID185 Geometry"带圆圈的数字所指的单元面上，正的压力指向单元内部，温度可作为单元体力作用在节点上，节点I 的温度默认为TUNIF 指定的温度，如果其他节点的温度没有指定，默认和I 节点温度相同。
一般情况下，如果没有其他的温度被指定，都默认为TUNIF 指定的温度。
KEYOPT(6) = 1则单元采用混合模式，要了解关于混合模式使用的更多信息，可以访问ANSYS Elements Reference里面的Applications of Mixed u-P Formulations。
你可以通过ISTRESS或ISFILE命令给单元施加初始应力，可以通过ANSYS Basic Analysis Guide里的Initial Stress Loading访问更多的信息。
同样的，你可以设置KEYOPT(10) = 1通过子程序USTRESS来读入初始应力，可以通过ANSYS User Programmable Features了解子程序的更多信息。
ANSYS中单元类型的选择
实际选用单元类型的时候，到底是选择第一类还是选择第二类呢？也就是到底是选用六面体还是带中 间节点的四面体呢？ 如果所分析的结构比较简单，可以很方便的全部划分为六面体单元，或者绝大部分是六面体，只含有少 量四面体和棱柱体，此时，应该选用第一类单元，也就是选用六面体单元；如果所分析的结构比较复杂， 难以划分出六面体，应该选用第二类单元，也就是带中间节点的四面体单元。 新手最容易犯的一个错误就是选用了第一类单元类型(六面体单元)，但是，在划分网格的时候，由于结 构比较复杂，六面体划分不出来，单元全部被划分成了四面体，也就是退化的六面体单元，这种情况，
Beam44 3 维弹性锥形不对称梁。单轴元素，具有拉压扭和弯曲能力。该元素每个节点有 6 个自由度：x,y,z 和绕 x,y,z 方向。该元素允许每个端点具有不均匀几何特性，并且允许端 点与梁的中性轴偏移。若不需要这些特性，可采用 beam4。该元素的 2 维形式是 beam54。该 元素也提供剪应变选项。还提供了输出作用于单元上的与单元同方向的力的选项。具有应力 强化和大变形能力。
3.实体单元的选择
实体单元类型也比较多，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。其中把 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。
Ansys材料非线性理论概述
4.1 材料非线性概述许多与材料有关的参数可以使结构刚度在分析期间改变。
塑性、非线性弹性、超弹性材料、混凝土材料的非线性应力—应变关系，可以使结构刚度在不同载荷水平下(以及在不同温度下)改变。
蠕变、粘塑性和粘弹性可以引起与时间、率、温度和应力相关的非线性。
膨胀可以引起作为温度、时间、中子流水平(或其他类似量)函数的应变。
ANSYS程序应可以考虑多种材料非线性特性：1．率不相关塑性指材料中产生的不可恢复的即时应变。
2．率相关塑性也可称之为粘塑性，材料的塑性应变大小将是加载速度与时间的函数。
3．材料的蠕变行为也是率相关的，产生随时间变化的不可恢复应变，但蠕变的时间尺度要比率相关塑性大的多。
4．非线性弹性允许材料的非线性应力应变关系，但应变是可以恢复的。
5．超弹性材料应力应变关系由一个应变能密度势函数定义，用于模拟橡胶、泡沫类材料，变形是可以恢复的。
6．粘弹性是一种率相关的材料特性，这种材料应变中包含了弹性应变和粘性应变。
7．混凝土材料具有模拟断裂和压碎的能力。
8．膨胀是指材料在中子流作用下的体积扩大效应。
4.2 塑性分析4.2.1 塑性理论简介许多常用的工程材料，在应力水平低于比例极限时，应力—应变关系为线性的。
超过这一极限后，应力—应变关系变成非线性，但却不一定是非弹性的。
以不可恢复的应变为特征的塑性，则在应力超过屈服点后开始出现。
由于屈服极限与比例极限相差很小，ANSYS程序在塑性分析中，假设这二个点相同，见图4-1。
图4-1 弹塑性应力-应变曲线塑性是一种非保守的(不可逆的)，与路径相关的现象。
换句话说，荷载施加的顺序，以及什么时候发生塑性响应，影响最终求解结果。
如果用户预计在分析中会出现塑性响应，则应把荷载处理成一系列的小增量荷载步或时间步，以使模型尽可能附合荷载—响应路径。
最大塑性应变是在输出(Jobname.OUT)文件的子步信息中打印的。
在一个子步中，如果执行了大量的平衡迭代，或得到大于15%的塑性应变增量，则塑性将激活自动时间步选项[ AUTOTS ](GUI：Main Menu>Solution> Sol"n Control:Basic Tab 或Main Menu>Solution>Unabridged Menu> Time /Frequenc>Time and Substps)。
超弹性
超弹性分析4.3.1 超弹理论4.3.1.1 超弹的定义一般工程材料（例如金属）的应力状态由一条弹塑性响应曲线来描述，而超弹性材料存在一个弹性势能函数，该函数是一个应变或变形张量的标量函数，而该标量函数对应变分量的导数就是相应的应力分量。
上式中：[S]＝第二皮奥拉－克希霍夫应力张量W＝单位体积的应变能函数[E]＝拉格朗日应变张量拉格朗日应变可以由下式表达：[E]＝1/2（[C]-I）其中：[I]是单位矩阵，[C]是有柯西－格林应变张量其中[F]是变形梯度张量，其表达式为：x ：变形后的节点位置矢量X ：初始的节点位置矢量如果使用主拉伸方向作为变形梯度张量和柯西－格林变形张量的方向，则有：其中： J=初始位置与最后位置的体积比材料在第i个方向的拉伸率在ANSYS程序中，我们假定超弹材料是各向同性的，在每个方向都有完全相同的材料特性，在这种情况下，我们既可以根据应变不变量写出应变能密度函数，也可以根据主拉伸率写出应变能密度函数。
应变不变量是一种与坐标系无关的应变表示法。
使用它们就意味着材料被假定是各向同性的。
Mooney－Rivlin和Blatz－Ko应变能密度函数都可以用应变不变量表示，应变不变量可以柯西－格林应变张量和主拉伸率表示出来：一个根据应量不变量写出来的应变能密度函数如下：为材料常数，上式是两个常数的Mooney－Rivlin应变能密度函数。
超弹材料可以承受十分大的弹性变形，百分之几百的应变是很普遍的，既然是纯弹性应变，因此超弹性材料的变形是保守行为，与加载路径无关。
4.3.1.2 不可压缩缩性大多数超弹材料，特别是橡胶和橡胶类材料，都是几乎不可压缩的，泊松比接近于0.5，不可压缩材料在静水压力下不产生变形，几乎不可压缩材料的泊松比一般在0.48至0.5之间（不包含0.5），对这些材料，在单元公式中必须考虑不可压缩条件。
在ANSYS 程序中，不可压缩超弹单元修改了应变能密度函数，在单元中明确地包含了压力自由度。
ansys各种单元概述
ansys各种单元概述ansys软件不同于其它的有限元软件（如abaqus、nastran等），因为ansys软件允许用户选择多种单元类型下面简要的介绍了ansys的各种单元，可以帮助初学者初步认识这些单元，如果具体使用时，还应仔细阅读帮助文件线单元线单元主要有：杆单元、梁单元。
1杆单元杆单元主要用于桁架和网格计算。
属于只受拉、压力的线单元pJ。
主要用米模拟弹簧，螺杆，预应力螺杆利薄膜桁架等模型。
其主要的类型有：(1)LINK1是个二维杆单元，可刚作桁架、连杆或弹簧。
(2)LINK8是个三维杆单元，可用作桁架、缆索、连杆、弹簧等模型。
(3)LINK10是个三维仅受拉伸或压缩杆单元，可用于将整个钢缆刚一个单元来模拟的钢缆静力。
2梁单元梁单元主要用于框架结构计算。
属于既受拉、压力，又有弯曲应力的线单元。
主要用于模拟螺栓，薄壁管件，C型截面构件，角钢或细长薄膜构件。
其主要的类型有：(1)BEAM3是个二维弹性粱单元，可用于轴向拉伸、压缩和弯曲单元。
(2)BEAM4是个三维弹性梁单元，可用于轴向拉伸、压缩、扭转和弯曲单元。
(3)BEAM54是个二维弹性渐变不对称梁单元，可用于分析拉伸、压缩和弯曲功能的单轴向单元。
(4)BEAM44是个三维渐变不对称梁单元，可用_丁分析拉伸、压缩、扭转利弯曲功能的单轴单元。
(5)BEAMl88是个三维线性有限应变梁单元，可用于分析从细长到中等粗短的梁结构。
(6)BEAMl89是个三维二次有限应变梁单元，可刚于分析从细长到中等粗短的梁结构。
2．2管单元(1)PIPE16是三维弹性直管单元，可用于分析拉压、扭转和弯曲的单轴向单元。
(2)PIPE17是三维弹性T形管单元，可用于分析拉压、扭转和弯曲T形管单轴单元。
(3)PIPEl8是弹性弯管单元(肘管)，可用丁分析拉伸、压缩、扭转和弯曲性能的环形单轴单元。
(4)PIPE20是个塑性直管单元，可用于分析拉压、弯曲利扭转的单轴单元。
ansys模态结构分析教程解析
SOLID185 类似SOLID45;可模拟不可压缩塑性和 超弹性材料
SOLID186 类似SOLID95;可模拟不可压缩塑性和 超弹性材料
SOLID187 类似SOLID92;可模拟不可压缩塑性和 超弹性材料
感谢您的观赏！
但如果振型是相对于单位矩阵归一的，则可以在给定的振型中 比较不同点的应力，从而发现可能存在的应力集中。
练习1：机翼模态分析 练习2：上机指南练习5
练习1：机翼模态分析 网格拖拉：面单元——体单元
拖拉
1、设置拖拉选项
MainMenu>Preprocessor>-ModelingOperate>Extrude>ElemExtOpts
任一截面都是对称面。
w 0, zx xz 0, zy yz 0
z 0, zx zy 0
结论：
平面应变问题只有三个应变分量：
x x (x, y)
y y (x, y)
xy yx xy (x, y)
应力分量、位移分量也仅为 x、y 的函数，与 z 无关。
1、什么叫做轴对称问题
集中质量矩阵对角阵，按重心不变原则，不考虑质 量分布
m/2
m/2
m
M e
2
0
0
m
Al
2
1 0
0 1
2
集中质量矩阵
M
e
vN T
N
dv
Al
6
2 1
1 2
一致质量矩阵
四、ANSYS模态分析注意问 题
• 模态分析中的四个主要步骤： • 建模 • 施加边界条件 • 求解设置 • 后处理
模态分析是线性分析，所有非线性选项忽略。 模态分析不采用对称性（除循环对称外）
第六章 ansys非线性分析-超弹性
应变能势
(仅18x单元)
超弹性
C. W的特殊形式
•
Training Manual
Advanced Structural Nonlinearities 6.0
本节介绍18x系列单元的 不同超弹性模型，基于应变不变量或直接 用主延伸率的每个模型都是 W 的特殊形式。
多项式 Neo-Hookean Mooney-Rivlin Arruda-Boyce Ogden
ANSYS中可使用2-，3-，5-和9-项Mooney Rivlin 模型。 它们可 看作是多项式形式的特殊情形。 2项 Mooney-Rivlin 模型相当于N=1的多项式形式:
1 2 ( ) ( ) W = c10 I1 − 3 + c01 I 2 − 3 + ( J − 1) d
• 3项 Mooney-Rivlin模型与 N=2 且 c20=c02=0 时的多项式形式类似 。
超弹性Leabharlann ... 多项式形式定义 2 项多项式的例子如下所示。 需要定义常数 c10, c01, c20, c11, c02, d1, d2。
Training Manual
Advanced Structural Nonlinearities 6.0
TB,HYPER,1,1,N,POLY TBTEMP,0 TBDATA,1,c10,c01,c20,c11,c02 TBDATA,6,d_1,d_2
λ2 = λ = L L o
λ3 = t t = λ−2 o
λ1 = λ = L L o
September 30, 2001 Inventory #001491 6-8
超弹性
... 应变不变量的定义
• 三个应变不变量一般用于定义应变能密度函数。
ANSYS结构分析单元的分类
ANSYS结构分析单元的分类林少玲 陈铭年 徐健全 李进彬(福建农林大学 福州 350014)摘要：ANSYS软件的结构分析单元类型众多，可选择的范围较大。
本文分类介绍了ANSYS软件的结构分析单元，包括结构分析单元的特性和用途等，以供使用者在建模时参考。
关键词：结构分析 ANSYS 单元类型1前言制造业要在激烈的市场竞争中立于不败之地，就必须要不断保持产品创新。
CAD/CAM技术是实现创新的关键手段，而CAE技术是实现创新的最主要技术保障。
计算机辅助工程技术CAE（Computer Aided Engineering—简称CAE）是以有限元分析技术为基础而形成的一门综合性、知识密集型技术[1]。
ANSYS软件是美国ANSYS公司研制的大型通用CAE软件，它是世界范围内增长最快的CAE软件。
ANSYS的功能强大，操作简单方便，现在已成为国际最流行的有限元分析软件，在历年FEM评比中都名列第一。
中国100多所理工院校已采用ANSYS软件进行有限元分析，或作为标准教学软件。
福建也有不少企业和高校采用ANSYS软件。
但是ANSYS软件结构单元类型众多，初学者要掌握并不容易。
本文根据作者对ANSYS软件的帮助文件的学习体会，将结构分析单元分门别类进行介绍，以期对初学者有所帮助。
2结构分析单元的分类单元类型决定单元的自由度设置(如：热单元有一个自由度，而结构单元有6个自由度)、单元形状(六面体，三角形等)、维数(二维或三维)、位移形函数(线形及二次函数)。
在ANSYS数据库中有超过190种的不同单元类型可供选择。
因此确定单元类型是很重要的，应根据不同特性的工程系统选用不同类型的单元型号，并了解单元特性，才能得出正确的结果[2]。
本文按单元的特点将结构分析单元分为：线单元、管单元、实体单元、壳单元、接触单元、特殊单元六大类，分类进行介绍。
2.1线单元线单元主要有：杆单元、梁单元。
2.1.1杆单元杆单元主要用于桁架和网格计算。
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r,1,,,0.1,0.1
r,2,,,0.1,0.1
r,3,,,0.1,0.1
!!!pair1
type,2
real,1
mat,1
lesize,37,,,1
lmesh,37
kmesh,40
!!!contact face
csys,1
lsel,s,loc,x,dia/2
r,2,,,1,0.1
r,3,,,1,0.1
!*
local,11,1,rid+rsd/2
wpcsys,11
pcirc,rsd/2,,0,90
pcirc,rsd/2,,90,180
pcirc,rsd/2,,180,270
pcirc,rsd/2,,270,360
nummrg,kp
eshape,2
tbdata,1,c10,c01,DD
!!!!!o圈模型
csys,1
k,1,dia/2
kgen,36,1,,,,10
/pnum,kp,1
kplot
*do,j,1,35,1
l,j,j+1
*enddo
l,36,1
lsel,all
al,all
!!!网格划分
type,1
mat,1
AMESH,ALL
csys,0
rectng,-2*r,2*r,r,2*r
rectng,-2*r,2*r,-r,-2*r
rectng,1.8,2*r,-r,0.5
AADD,14,15 !
lsel,s,line,,13
lesize,all,,,30,-0.5
lsel,r,loc,y,-225,-315
type,3
nsll,s,1
esln,s,0
esurf,all
alls
lplot
!!!!contact pair2
type,2
real,2
csys,0
lsel,s,line,,38,46
lesize,all,,,1
lmesh,all
NSEL,U,LOC,Y,270
SF,all,PRES,0.8
NSEL,s,LOC,y,90
ddele,all,all
nsel,s,loc,y,270
nsel,r,loc,x,r
ddele,all,all
ALLSEL,ALL
NSUBST,40,0,0
LSWRITE,2,
ALLSEL,ALL
ANTYPE,0
NLGEOM,1
NSUBST,100,0,0
OUTRES,ALL,ALL
LSWRITE,1,
lsel,s,line,,10,14,4
lsel,a,line,,28,32,4
NSLL,R,1
NPLOT
NSEL,U,LOC,Y,90
NSLL,S,1
csys,1
NSEL,U,LOC,Y,-45,-22.5
type,2
real,3
esurf
lsel,s,line,,40
NSLL,S,1
type,3
real,3
esurf
lsel,s,line,,1,10,9
lsel,a,line,,2
LSEL,S, , , 39
lesize,all,,,5
LSEL,S, , ,41
lesize,all,,,8
LSEL,S, , ,24,31,7
lesize,all,,,20
TYPE,4
MAT,2
ASEL, , , ,13,16,3
AMESH,all
d,all,uz,0
n_load=node(kx(24),ky(24),0)
nplot
/user
save,oring,db
fini
/solu
nlgeom,on
solc,on
time,0.06
autots,off
nsubst,10,100,5
monitor,var3,n_load,fy
nsll,s,1
nsel,r,loc,y,270
nsel,r,loc,x,dia/2
d,all,uy
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outres,all,all
monitor,var3,n_load,fy
alls
solve
（３）
fini
/clear
/units,mpa
/Title,O-ring analysis
K,1 ! DEFINE KEYPOINTS
K,2,R,-90
K,3,R
K,4,(0.5*R),-90
K,5,(0.6*R),-45
K,6,(0.5*R)
K,7,R,-45
L,2,7
L,7,3
l,24,23
!*
type,2
mat,2
real,2
lmesh,6
lmesh,9
real,3
lmesh,11
kmesh,24
csys,11
nsel,s,loc,x,rsd/2
type,3
real,2
esurf
real,3
esurf
esel,all
nsel,all
fini
/solu
nlgeom,on
solc,on
time,0.85
d,n_load,uy,-gap
csys,1
lsel,s,loc,x,dia/2
nsll,s,1
nsel,r,loc,y,90
nsel,r,loc,x,dia/2
d,all,ux
lsel,s,loc,x,dia/2
CSYS,0 ! SWITCH TO CARTESIAN C.S.
A,2,7,5,4
A,7,3,6,5
A,4,5,6,1
ARSYM,X,all
ARSYM,Y,all
NUMMRG,KP
ESIZE,,6 ! SET ELEMENT DIVISION SIZE
lfil,41,42,r1 !46
!!!!create the contact pair,define element and contact parameter
et,2,169
et,3,171
keyopt,3,5,4
keyopt,3,9,1
keyopt,3,10,1
keyopt,3,12,2
lsel,s,line,,42
lesize,all,,,28,-0.5
lsel,s,line,,40
lesize,all,,,20,2
LSEL,S, , ,33,36,3
lesize,all,,,8
LSEL,S, , ,18,26,8
lesize,all,,,8
ET,2,CONTA175
R,2, , ,-6000
R,3, , ,-6000,,-1
R,4, , ,-6000
ET,3,TARGE169
et,4,plane182
MP,EX,1,2.82 ! YOUNG'S MODULUS [MPA]
LSSOLVE,1,2,1,
（２）
fini
/cle
/Title,O-ring analysis
!!!参数设定
r1=0.2 !!!圆角
r2=0.6 !!!圆角
dia=7 !!!O圈直径
w1=9.5 !!!槽宽
h1=5 !!!槽高
wlr=w1/2 !!!左右宽
wt=2*w1 !!!总宽
ALLSEL,ALL
csys,1
nsel,s,loc,y,270
nsel,r,loc,x,r
d,all,uy
lsel,s,line,,24
NSLL,S,1
d,all,ux
d,all,uy,-0.62
ALLSEL,ALL
NSEL,s,LOC,y,90
d,all,ux
mptemp,1,0
MPdata,MU,1,,0.2
mptemp,,,,,,,,
mptemp,1,0
MPdata,EX,2,,206000
MPdata,PRXY,2,,0.3
CSYS,1 ! SWITCH TO CYLINDRICAL C.S.
ALLSEL,ALL
lsel,s,line,,19,28,9
NSLL,S,1
NPLOT
type,2
real,2
esurf
lsel,s,line,,13
NSLL,S,1
NPLOT
type,3
real,2
esurf
lsel,s,line,,2,23,21
gap=dia-h1 !!!间隙
/prep7
et,1,plane182
mp,ex,1,2.82e+6
mp,nuxy,1,0.49
mp,mu,1,0.1
c10=0.293
c01=0.177
nu1=0.49967
DD=2*(1-2*nu1)/(c10+c01)