ANSYS表面效应单元
ANSYS命令流学习笔记18-表面效应单元
! ANSYS命令流学习笔记18-表面效应单元surface effect !学习重点：!1 表面载荷的施加当施加表面载荷时，在WorkBench中可以很方便地施加。
但其本质也是借助表面效应单元来完成的。
譬如当实体结构表面施加沿切向或者任何方向的均布载荷（甚至不均布?）时，都可以使用表面效应单元。
!2 表面效应单元的建立表面单元，意思就是要依附于现有单元的表面，利用现有节点形成单元，因此单元增加，而节点不增加。
单元通过制定坐标系方向等，施加不同方向的载荷。
!3 表面效应单元的典型应用目前可以使用的表面效应单元：对二维问题：SURF151和SURF153；对三维问题：SURF152和SURF154。
151和152为热表面效应单元，153和154为结构表面效应单元。
表面单元可以很好用，如下例子中的通过表面施加扭矩；总之就是定义与表面成各种方向力的载荷。
在热流问题也有广泛应用。
!问题描述! 在workbench中可以轻松实现其定义，根据图示边界条件，得出位移结果如右图。
这里把此问题转到APDL里运行。
并再熟悉一下接触设定。
（案例参考ansys官方教程，有点不同）!APDL命令：finish/clear/title,surf effect~parain,'2s','x_t' !导入当前路径下的2s.x_t文件，包括所有体面线。
实在不想在APDL 里建模了，这是在SCDM中建模导出的文件。
/facet,normal/replot !单位m、Pa!!!以上导入x_t模型et,1,solid185r,2real,2et,2,surf154mp,ex,1,2.1e11mp,prxy,1,0.3 !定义材料1为结构钢mshape,0,3Dmshkey,2esize,0.0005 !网格无关分析之后，选择该尺寸，因为接触存在，网格需要细分vsweep,all !划分网格!!!以上定义材料及划分网格!复习下接触，而且规则形状分开，方便简单划分网格r,3mat,1real,3et,3,targe170et,4,conta174keyopt,4,12,5 !bonded约束vsel,s,loc,z,0.04,0.05asel,s,loc,z,0.04type,3nsla,s,1esln,s,0esurf !根据线创建target170allselvsel,s,loc,z,0,0.04asel,s,loc,z,0.04type,4nsla,s,1esln,s,0esurf !根据线创建contact174!!!以上建立两个体之间的绑定接触!建立surf154单元，为3D面单元csys,1allselasel,s,loc,x,0.015 !切换到圆柱坐标系，方便选择圆周上节点nsla,s,1mat,1real,2type,2esurf!!!以上根据节点，生产surf154单元csys,0local,100,1,0,0,0esel,s,type, ,2emodify,all,esys,100allsel!!!以上建立局部圆柱坐标系，并将此坐标系定义为surf单元的单元坐标系finish/soluesel,s,type, ,2sfe,all,2,pres,,10e6 !施加面压力allselnsel,s,loc,z,0d,all,all !约束底面!!!以上施加边界条件allselsolve !计算finish!!!进入后处理/post1plnsol,u,sumplnsol,s,eqvfinish/eof。
ANSYS热分析简介1
ANSYS热分析简介1⽬录1. ANSYS热分析简介1. ANSYS热分析基于能量守恒原理的热平衡⽅程，⽤有限元的⽅法计算各节点的温度，并导出其他物理参数。
2. ANSYS热分析包括热传导、热对流和热辐射三种热传递⽅式，此外还可以分析相变、有内热源、接触热阻等问题。
3. ANSYS中耦合场的分析种类有热-结构耦合、热-流体耦合、热-电耦合、热-磁耦合、热-电-磁-结构耦合等。
4. 对于不同的零件，之间可以采⽤GLUE进⾏粘接，或者采⽤Overlap等⽅法，也可以建⽴接触。
1.1 传导传导：两个良好接触的物体之间的能量交换或⼀个物体内由于温度梯度引起的内部能量交换。
对流：在物体和周围介质之间发⽣的热交换。
由温差存在⽽引起的热量交换，可以分为⾃然对流和强对流。
对流⼀般作为⾯边界条件施加。
热对流⽤⽜顿冷却⽅程来描述。
辐射：⼀个物体或者多个物体之间通过电磁波进⾏能量交换。
热辐射指物体发射电磁能，并被其他物体吸收转变为热的热量交换过程。
物体温度越⾼，单位时间辐射的热量越多。
热传导和热对流都需要传热介质，⽽热辐射⽆需任何介质，且在真空中的效率最⾼。
可以看出辐射分析是⾼度⾮线性的。
1.2 热载荷分类（1）DOF约束：温度（2）集中载荷：热流（3）⾯载荷：热流，对流（4）体载荷：体积或者区域载荷。
1.2.1 载荷施加序号APDL含义备注1TUNIF施加均匀初始温度2IC施加⾮均匀的初始温度1.3 热分析分类1.3.1 稳态热分析如果热能的流动不随时间变化的话，热传递就成为是稳态的。
由于热能流动不随时间变化，系统的温度和热载荷也都不随时间变化。
稳态热平衡满⾜热⼒学第⼀定律。
通常在进⾏瞬态分析前，进⾏稳态分析⽤于确定初始温度分布。
对于稳态传热，⼀般只需要定义导热系数，他可以是恒定的，也可是是随温度变化的。
1.3.2 瞬态热分析瞬态热分析⽤于计算⼀个系统的随时间变化的温度场及其他热参数。
在⼯程上⼀般⽤瞬态热分析计算温度场，并将之作为热载荷进⾏应⼒分析。
Ansys模拟表面效应单元模拟带穿透圆孔螺栓的弹塑性扭转问题
Ansys模拟表面效应单元模拟带穿透圆孔螺栓的弹塑性扭转问题问题描述用 ANSYS 表面效应单元模拟对带穿透圆孔螺栓施加扭转荷载，载荷和边界条件:沿螺栓上端的扭矩 Mt 等效为切向等效切应力：q=100MPa，底部固定 (UX=UY=UZ=0)。
设:螺栓直径 d=100mm，螺栓长度 L=400mm，螺帽直径 D=160mm,螺帽高度 H=30mm。
在螺栓长度一半处穿透圆孔直径 d=10mm。
材料的弹性模量为 E=200GPa，泊松比 v=0.3，材料应力—应变关系为 ANSYS 非线性弹塑模型--Voce 非线性等向强化 (NLISO)：σ=250+600*[1-EXP(-16.9*εP)(MPa),屈服强度σY = 250MPa ，假设为各向同性硬化材料，使用 Mises 屈服准则和关联流动法则。
1Main Menu: Preprocessor →Element Type→Add/Edit/Delete →Add→select Solid Brick 8node185→O K2Main Menu: Preprocessor →Material Props → Material Models→Structural → Nonlinear →Inelastic→ Rate independent → Isotropic hardening plasticity → Mises plasticity → Nonlinear→ inputEX:200e3, PRXY:0.3 → Sigy0：250， R o=0，Rinf=600,b=16.9→ OK3生成带帽螺栓。
分别生成中空圆环状的螺帽(R=80mm, r=50mm, H=30mm)和圆柱状的螺栓(r=50mm，L=400mm)，然后用布尔命令 Glue，将两体结合.生成竖直圆孔，先平移工作平面Utility Menu→WorkPlane→offset WP by Increments：X,Y, Z Offsets 输入0，0，200 点击 ApplyXY，YZ，ZX Angles 输入 0，－90， 0 点击 OK。
练习II-3(表面效应单元-螺栓扭转)
–
或使用命令:
DA,1,ALL
January 30, 2001 Inventory #001444 W3-10
3. 表面效应单元
螺栓扭转
13. 存储数据库并使用 PCG 迭代求解器求解:
– – Main Menu > Solution > -Analysis Type- Sol’n Control .. Pick the “SAVE_DB” button in the Toolbar (or select: Utility Menu > File > Save as Jobname.db)
Workshop Supplement
INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 2
–
–
Utility Menu > Plot > Elements
或使用命令: EMODIF,ALL,ESYS,11 ELIST EPLOT
January 30, 2001 Inventory #001444 W3-6
3. 表面效应单元
螺栓扭转
7. 建立名为 “e_surf”的所有第2类单元的组件:
– – Utiltity Menu > Select > Comp/Assembly > Create Component ... 或使用命令:
Workshop Supplement
INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 2
3. 表面效应单元
螺栓扭转
荷载和材料特性
Workshop Supplement
January 30, 2001 Inventory #001444 W3-3
ANSYS表面效应单元线加载
本例主要说明如何使用表面效应线单元SURF156 来定义线段上的分布载荷。
所使用的几何模型是一个长方体20*40*200，准备在长方体右端上方线段上施加分布载荷，如下图所示：为采用MAP方式划分网格，定义单元类型SOLID45：命令：ET，SOLID45为施加线分布载荷，定义单元类型Surf156：命令：ET，SURF156设置表面效应单元 SURF156 的单元选项：压力坐标系用局部坐标系，K5选择No-不用方向节点，其余用默认值。
注意后面需要定义一个局部坐标系。
为定义单元类型Surf156，需要先对线段划分线单元，为此，需先定义单元类型MESH200：命令：ET，MESH200设置不参与求解的单元类型MESH200的单元选项：将MESH200设置为3D，2节点线单元。
定义材料属性：命令： MPTEMP,,,,,,,, $ MPTEMP,1,0MPDATA,EX,1,,201000 $ MPDA TA,PRXY,1,,0.3创建长方体：20*40*200命令：BLC4, , ,20,40,200对长方体划分网格：首先设置单元尺寸为 10。
命令： ESIZE, 10然后选择长方体划分网格：命令：MSHAPE,0,3d $ MSHKEY,1 $ VMESH, 1 $ MSHKEY,0 网格划分结果如下图：由于对长方体划分的是实体网格，为了在线段 6 上生成表面效应单元 SURF156，还必需对线段划分线单元。
首先打开线编号显示：命令： /PNUM, line, on绘制线，可以看到线的编号：使用 mesh200 单元，对线 6 划分线单元。
首先设置默认单元属性为单元类型 3；材料 1：命令： TYPE, 3 $ MA T, 1选择线 6 划分网格：命令： Lmesh, 6再选择线 6 上的 mesh200 单元及节点，步骤是：1 选择线 6：Utility Menu > Select > Line > By Num/Pick >在拾取框中输入 6，回车 > OK2 选择属于线 6 的实体 (KP 点、节点和单元)：Utility Menu > Select > Everything Belowe > Selected Lines然后，点击： Utility Menu > List > Status > Global Status，显示当前选择的实体数：可以看到，当前选择集中只有4 个单元，即线6 上的4 个mesh200 单元，以及属于这些单元的5 个节点。
ANSYS命令流总结(全)
ANSYS结构分析单元功能与特性/可以组成一一些命令，一般是一种总体命令（session),三十也有特殊，比如是处理/POST1! 是注释说明符号，，与其他软件的说明是一样的，ansys不作为命令读取，* 此符号一般是APDL的标识符，也就是ansys的参数化语言，如*do ,,,*enddo等等NSEL的意思是node select，即选择节点。
s就是select，选择。
DIM是定义数组的意思。
array 数组。
MP命令用来定义材料参数。
K是建立关键点命令。
K,关键点编号,x坐标,y坐标，z坐标。
K, NPT, X, Y, Z是定义关键点，K是命令，NPT是关键点编号，XYZ是坐标。
NUMMRG, keypoint 用这个命令，要保证关键点的位置完全一样，只是关键点号不一样的才行。
这个命令对于重复的线面都可以用。
这个很简单，压缩关键。
Ngen 复制节点e,节点号码：这个命令式通过节点来形成单元NUMCMP,ALL：压缩所有编号，这样你所有的线都会按次序重新编号~你要是需要固定的线固定的标号NSUBST,100,500,50：通过指定子步数来设置载荷步的子步LNSRCH线性搜索是求解非线性代数方程组的一种技巧，此法会在一段区间内，以一定的步长逐步搜索根，相比常用的牛顿迭代法所要耗费的计算量大得多，但它可以避免在一些情况下牛顿迭代法出现的跳跃现象。
LNSRCH激活线性搜索PRED 激活自由度求解预测NEQIT指定一个荷载步中的最大子步数AUTOTS 自动求解控制打开自动时间步长.KBC -指定阶段状或者用跳板装载里面一个负荷步骤。
SPLINE:P1，P2，P3，P4，P5，P6，XV1，YV1，ZV1，XV6，YV6，ZV6（生成分段样条曲线）*DIM，Par，Type，IMAX，JMAX，KMAX，Var1，Var2，Var3（定义载荷数组的名称）【注】Par: 数组名Type：array 数组，如同fortran,下标最小号为1，可以多达三维（缺省）char 字符串组（每个元素最多8个字符）tableIMAX，JMAX，KMAX各维的最大下标号Var1，Var2，Var3 各维变量名，缺省为row,column,plane(当type为table时)/config是设置ansys配置参数的命令格式为/CONFIG, Lab, V ALUELab为参数名称value为参数值例如：/config，MXEL，10000的意思是最大单元数为10000杆单元:LINK1、8、10、11、180梁单元：BEAM3、4、23、24，44，54，188，189管单元:PIPE16，17，18，20，59，602D实体元:PLANE2，25，42，82，83，145，146，182，1833D实体元:SOLID45，46，64，65，72，73，92，95，147，148，185，186，187，191壳单元:SHELL28，41，43，51，61，63，91，93，99，143，150，181，208，209弹簧单元:COMBIN7，14，37，39，40质量单元:MASS21接触单元:CONTAC12，52，TARGE169，170，CONTA171，172，173，174，175，178矩阵单元:MATRIX27，50表面效应元:SURF153，154粘弹实体元:VISCO88，89，106，107，108，超弹实体元:HYPER56，58，74，84，86，158耦合场单元:SOLID5，PLANE13，FLUID29，30，38，SOLID62，FLUID79，FLUID80，81，SOLID98，FLUID129，INFIN110，111，FLUID116，130界面单元:INTER192，193，194，195显式动力分析单元:LINK160，BEAM161，PLANE162，SHELL163，SOLID164，COMBI16杆单元单元名称简称节点数节点自由度特性备注LINK1 2D杆 2 Ux,Uy EPCSDGB常用杆元LINK8 3D杆Ux,Uy,Uz EPCSDGBLINK103D仅受拉或仅受压杆EDGB模拟缆索的松弛及间隙LINK11 3D线性调节器EGB模拟液压缸和大转动LINK180 3D有限应变杆EPCDFGB 另可考虑粘弹塑性E-弹性(Elasticity)，P-塑性(Plasticity)，C-蠕变(Creep)，S-膨胀(Swelling)，D-大变形或大挠度(Large deflection)，F-大应变(Large strain)或有限应变(Finite strain)，B-单元生死(Birth and dead),G-应力刚化(Stress stiffness)或几何刚度(Geometric stiffening)，A-自适应下降(Adaptive descent)等。
ANSYS 中的表面效应单元
ANSYS 中的表面效应单元使用表面效应单元施加载荷* 有时，可能需要施加所使用单元不支持的表面载荷，例如：可能需要在实体结构单元上施加沿表面切向或任何方向的均布载荷；在热实体单元的表面上同时施加热流载荷和对流载荷，或者施加指定的辐射，等。
在这种情况，可以用表面效应单元覆盖需要施加载荷的表面并使用它们作为一个管道以施加所需的载荷。
* 目前可以使用的表面效应单元：对二维问题：SURF151和SURF153；对三维问题：SURF152和SURF154。
* 怎样施加如下的压力荷载：–像剪切荷载一样与表面相切的荷载？–像螺栓荷载一样在表面上变化的荷载？–像屋顶上冰载荷一样与面成一定角度的载荷？- 像水压一样的非均布压力载荷？* 表面效应单元为处理这些问题提供了有效的方法。
表面效应单元的特点：* 像“皮肤”一样覆盖在网格表面* 如同面载荷的管道* 很容易创建，一般操作过程如下：- 选择感兴趣表面上的节点；- 激活恰当的单元类型；- 执行 ESURF (或 Preprocessor > Create > Elements > Surf Effect > GenerlSurf > No Extra…)；- 选择所有节点，定义 SURF 单元。
* 对 2-D 和 3-D 模型都有用:– SURF151 & 153 是线单元 (热和结构的)，表示 2-D 模型的边界线。
– SURF152 & 154 是面单元 (热和结构的)，表示 3-D 模型的边界面。
* 本节只讨论 SURF154，其它单元可同样处理。
SURF154 单元，详见参考手册中的描述* SURF154 使用不同的单元面号来接受不同类型的载荷。
* 面号在“Apply PRES on elems”对话框中：Solution > Difine Loads > Apply > Pressures > On Elements，如下所示。
ansys关于薄板、厚板、壳单元的特性区别
一、板壳弯曲理论简介1. 板壳分类按板面内特征尺寸与厚度之比划分：当L/h < (5~8) 时为厚板，应采用实体单元。
当(5~8) < L/h < (80~100) 时为薄板，可选2D 实体或壳单元当L/h > (80~100) 时为薄膜，可采用薄膜单元。
壳类结构按曲率半径与壳厚度之比划分：当R/h >= 20 时为薄壳结构，可选择薄壳单元。
当6 < R/h < 20 时为中厚壳结构，选择中厚壳单元。
当R/h <= 6 时为厚壳结构。
上述各式中h 为板壳厚度，L 为平板面内特征尺度，R 为壳体中面的曲率半径。
2. 薄板理论的基本假定薄板所受外力有如下三种情况：①外力为作用于中面内的面内荷载。
弹性力学平面应力问题。
②外力为垂直于中面的侧向荷载。
薄板弯曲问题。
③面内荷载与侧向荷载共同作用。
所谓薄板理论即板的厚度远小于中面的最小尺寸，而挠度又远小于板厚的情况，也称为古典薄板理论。
薄板通常采用Kirchhoff-Love 基本假定：①平行于板中面的各层互不挤压，即σz = 0。
②直法线假定：该假定忽略了剪应力和所引起的剪切变形，且认为板弯曲时沿板厚方向各点的挠度相等。
③中面内各点都无平行于中面的位移。
薄板小挠度理论在板的边界附近、开孔板、复合材料板等情况中，其结果不够精确。
3. 中厚板理论的基本假定考虑横向剪切变形的板理论，一般称为中厚板理论或Reissner（瑞斯纳）理论。
该理论不再采用直法线假定，而是采用直线假定，同时板内各点的挠度不等于中面挠度。
自Reissner 提出考虑横向剪切变形的平板弯曲理论后，又出现了许多精化理论。
但大致分为两类，如Mindlin（明特林）等人的理论和Власов（符拉索夫）等人的理论。
厚板理论是平板弯曲的精确理论，即从3D 弹性力学出发研究弹性曲面的精确表达式。
4. 薄壳理论的基本假定也称为Kirchhoff-Love（克希霍夫-勒夫）假定：①薄壳变形前与中曲面垂直的直线，变形后仍然位于已变形中曲面的垂直线上，且其长度保持不变。
ansys常用单元
应熟悉的单元杆单元：LINK8、LINK10、LINK180梁单元：BEAM3、BEAM4、BEAM188、BEAM189管单元：PIPE16、PIPE202D实体单元：PLANE82、PLANE183 3D实体单元：SOLID65、SOLID92/95、SOLID191壳单元：SHELL63、SHELL93、SHELL181弹簧单元：COMBIN14、COMBIN39质量单元：MASS21矩阵单元：MATRIX27表面效应单元：SURF154LINK1单元有着广泛的工程应用，比如：桁架、连杆、弹簧等等。
这种二维杆单元是杆轴方向的拉压单元，每个节点有2个自由度：沿节点坐标系x、y方向的平动。
就象在铰接结构中的表现一样，本单元不承受弯矩。
单元的详细特性请参考理论手册。
三维杆单元的描述参见LINK8。
下图是本单元的示意图LINK8单元有着广泛的工程应用，比如：桁架、缆索、连杆、弹簧等等。
这种三维杆单元是杆轴方向的拉压单元，每个节点有3个自由度：沿节点坐标系x、y、z方向的平动。
就象在铰接结构中的表现一样，本单元不承受弯矩。
本单元具有塑性、蠕变、膨胀、应力刚化、大变形、大应变等功能。
其详细特性请参考理论手册。
仅受拉或仅受压的三维杆单元是LINK10。
LINK10—三维仅受拉或仅受压杆单元单元描述：LINK10单元独一无二的双线性刚度矩阵特性使其成为一个轴向仅受拉或仅受压杆单元。
使用只拉选项时，如果单元受压，刚度就消失，以此来模拟缆索的松弛或链条的松弛。
这一特性对于将整个钢缆用一个单元来模拟的钢缆静力问题非常有用。
当需要松弛单元的性能，而不是关心松弛单元的运动时，它也可用于动力分析（带有惯性或阻尼效应）。
此单元是SHELL41（KEYOPT(1)＝2，“布”选项）的线化版本如果分析的目的是研究单元的运动（没有松弛的单元），那么应该使用类似于LINK10的不能松弛的单元，比如：LINK8或PIPE59。
对于最终收敛结果为绷紧状态的结构，如果迭代过程中可能出现松弛状态，那么这种静力收敛问题也不能使用LINK10单元。
在ANSYS中用表面效应单元加任意方向的荷载
用表面效应单元加任意方向的荷载finish/PREP7et,1,45 !定义实体单元solid45et,2,154 !定义三维表面效应单元KEYOPT,2,2,0 !指定表面效应单元的K2=0，所加荷载与单元坐标系方向相同KEYOPT,2,4,1 !指定表面效应单元的K4=0，去掉边中点，成为四结点表面单元block,-5,5,-5,5,0,5 !建实体模型mp,dens,1,2000mp,ex,1,10e9mp,prxy,1,0.2asel,s,loc,z,5.0,5.0 !选中实体上表面AATT, 1, , 2, 0, !指定实体上表面用154号单元MSHAPE,0,2DMSHKEY,1esize,,5amesh,all !对上表面划分网格allsel,allVATT, 1, , 1, 0 !指定实体用45号单元MSHAPE,0,3DMSHKEY,1vmesh,all/PSYMB,ESYS,1 !显示单元坐标系esel,s,type,,2 !选中实体上表面的表面效应单元以方便加荷载sfe,all,1,pres,,50 !在面内加Z向荷载，大小为50，荷载方向可通过值的正负控制sfe,all,2,pres,,100 !在面内加X向荷载，大小为100sfe,all,3,pres,,150 !在面内加Y向荷载，大小为150/psf,pres,,2,0,1 !以箭头方式显示所加荷载!如果已经知道荷载在整体坐标系内的方向失量为(0,1,1)，可以用如语句加该方向的荷载sfe,all,5,pres,,100,0,1,1 !荷载值100后的三个数为方向失量allsel,alleplot通过以上命令流得到的荷载图如下需要注意的时图中(0,1,1)方向的荷载值为70.71=100*sqrt(2)/2，刚好是命令流中的荷载值乘以方向余弦。
可以用sfelist命令查看单元上的荷载值。
另外，可以再结合sfgrad命令施加沿某个坐标轴方向荷载值变化的荷载。
Ansys热分析教程_第三章稳态热分析
质温度。该“附加”结点同样对结果评估带来方便。
前处理：建模
表面效应单元
表面效应单元 - 介绍
• 表面效应单元可以用来施加热生成载荷。 • 当对流换热系数随温度变化时，表面效应单元很方便; 基本选项的不同设置使得评
• 热流率
– 是集中结点载荷。正的热流率表示能量流入模型。热流率同样可以施 加在关键点上。这种载荷通常用于对流和热流不能施加的情况下。施
加该载荷到热传导率有很大差距的区域上时应注意。
热载荷和边界条件的类型
• 对流
– 施加在模型外表面上的面载荷，模拟平面和周围流体之间的热量交换。
• 热流
– 同样是面载荷。使用在通过面的热流率已知的情况下。正的热流值表示热流 输入模型。
前处理：建模
定义并查看材料特性
在ANSYS中定义材料特性的选项:
– 在材料特性对话框中输入需要的数值。 – 从ANSYS材料库或用户自定义材料库中读入材料特性。
在定义了材料特性以后，也可以将材料特性写到文件中以备后 用。
前处理：建模
定义并查看材料特性
要从材料库中读入材料特性，只要指定包含所需数据的文件路径 和文件名即可。
前处理：建模
定义并查看材料特性
稳态热分析中关于材料特性的总体说明
– 对于稳态分析，热材料特性必须输入热传导率“k”-KXX, 和可选的KYY, KZZ。
– 如果用户不定义，KYY和KZZ缺省等于KXX。 – 密度(DENS)和比热(C)或热焓(ENTH)在没有质量传递的稳态热分析中不
需要。 – 随温度变化的材料导热系数k, 使得热分析为非线性。 – 与温度有关的换热系数也被处理为材料特性。
ANSYS命令流学习笔记18-表面效应单元
ANSYS命令流学习笔记18-表⾯效应单元! ANSYS命令流学习笔记18-表⾯效应单元surface effect !学习重点：!1 表⾯载荷的施加当施加表⾯载荷时，在WorkBench中可以很⽅便地施加。
但其本质也是借助表⾯效应单元来完成的。
譬如当实体结构表⾯施加沿切向或者任何⽅向的均布载荷（甚⾄不均布?）时，都可以使⽤表⾯效应单元。
!2 表⾯效应单元的建⽴表⾯单元，意思就是要依附于现有单元的表⾯，利⽤现有节点形成单元，因此单元增加，⽽节点不增加。
单元通过制定坐标系⽅向等，施加不同⽅向的载荷。
!3 表⾯效应单元的典型应⽤⽬前可以使⽤的表⾯效应单元：对⼆维问题：SURF151和SURF153；对三维问题：SURF152和SURF154。
151和152为热表⾯效应单元，153和154为结构表⾯效应单元。
表⾯单元可以很好⽤，如下例⼦中的通过表⾯施加扭矩；总之就是定义与表⾯成各种⽅向⼒的载荷。
在热流问题也有⼴泛应⽤。
!问题描述! 在workbench中可以轻松实现其定义，根据图⽰边界条件，得出位移结果如右图。
这⾥把此问题转到APDL⾥运⾏。
并再熟悉⼀下接触设定。
（案例参考ansys官⽅教程，有点不同）!APDL命令：finish/clear/title,surf effect~parain,'2s','x_t' !导⼊当前路径下的2s.x_t⽂件，包括所有体⾯线。
实在不想在APDL ⾥建模了，这是在SCDM中建模导出的⽂件。
/facet,normal/replot !单位m、Pa以上导⼊x_t模型et,1,solid185et,2,surf154mp,ex,1,2.1e11mp,prxy,1,0.3 !定义材料1为结构钢mshape,0,3Dmshkey,2esize,0.0005 !⽹格⽆关分析之后，选择该尺⼨，因为接触存在，⽹格需要细分vsweep,all !划分⽹格以上定义材料及划分⽹格!复习下接触，⽽且规则形状分开，⽅便简单划分⽹格r,3mat,1real,3et,3,targe170et,4,conta174keyopt,4,12,5 !bonded约束vsel,s,loc,z,0.04,0.05asel,s,loc,z,0.04type,3nsla,s,1esln,s,0esurf !根据线创建target170allselvsel,s,loc,z,0,0.04asel,s,loc,z,0.04type,4nsla,s,1esln,s,0esurf !根据线创建contact174以上建⽴两个体之间的绑定接触!建⽴surf154单元，为3D⾯单元csys,1allselasel,s,loc,x,0.015 !切换到圆柱坐标系，⽅便选择圆周上节点nsla,s,1type,2esurf以上根据节点，⽣产surf154单元csys,0local,100,1,0,0,0esel,s,type, ,2emodify,all,esys,100allsel以上建⽴局部圆柱坐标系，并将此坐标系定义为surf单元的单元坐标系finish /soluesel,s,type, ,2sfe,all,2,pres,,10e6 !施加⾯压⼒allselnsel,s,loc,z,0d,all,all !约束底⾯以上施加边界条件allselsolve !计算finish进⼊后处理/post1plnsol,u,sumplnsol,s,eqvfinish/eof。
Ansys单元介绍
ELEMS1、LINK1 2-D杆件 (7)输入资料 (7)输出资料 (8)LINK1利用项次和顺序号码方法将ESOL、ETABLE的结果制成表格的指令参数 (9)2、PLANE2，2-D 6节点三角形单元单元 (10)PLANE2输入数据 (10)输出数据 (11)M ISCELLANEOUS E LEMENT O UTPUT (12)PLANE2I TEM AND S EQUENCE N UMBERS FOR THE ETABLE AND ESOL C OMMANDS (12)3、BEAM3-2D弹性梁 (12)输入总结 (13)单元输出定义 (14)BEAM3（KEYOPT（9）=0）利用项次和顺序号法将ESOL、ETABLE制成表格的指令参数 (15)假设与限制 (20)4、............................................................................................................................ BEAM4-3D弹性梁 (21)单元描述 (21)7、COMBIN7-外卷的结合点 (22)单元描述 (22)8、LINK8（三维，承受轴向拉伸、压缩） (23)单元描述 (23)10、LINK10-3D、2N，仅承受拉力或者压力的杆 (23)11、LINK11-3D、2N线性激励 (24)12、CONTAC12-2D 点点接触 (24)14、COMBIN14-弹簧-阻尼单元 (25)单元描述 (25)单元数据输入 (26)单元输出定义 (26)单元利用项次和顺序号方法将ESOL、ETABLE的结果制成表格的指令 (27)假设与限制 (27)16、PIPE16-弹性直管 (28)17、PIPE17-弹性T型管单元 (28)18、PIPE18-弹性曲管 (29)20、PIPE20-塑性直管 (29)21、MASS21-结构质量单元 (29)输入总结 (30)输出数据 (30)假设及限制 (31)23、BEAM23（2-D塑性梁） (31)24、BEAM24（3-D薄壁梁） (31)25、PLANE25-4N，轴对称的谐波结构实体 (32)26、CONTAC26-2D 点地接触 (32)27、MATRIX27-刚度、阻尼或质量矩阵 (33)28、SHELL28-剪切/扭转板 (33)37、COMBIN37-控制单元 (33)39、COMBIN39-非线性弹簧单元 (34)40、COMBIN40-结合单元 (34)41、SHELL41-膜壳单元 (34)42、PLANE42（2-D，4节点四边形实体单元） (35)输入总结 (35)单元输出定义 (36)单元杂项输出 (37)用于ETABLE，ESOL命令的项次和序号输出方法 (37)假设与限制 (38)43、SHELL43-3D、4N 塑性大应变壳 (38)44、BEAM44（3-D弹性渐缩不对称梁） (38)45、SOLID45-3D 、8N实体单元 (39)46、SOLID46-3D、8N 层结构实体单元 (39)48、CONTAC48-2D 点面接触单元 (40)49、CONTAC49-3D 点面接触单元 (40)50、MATRIX50-2D或3D超单元（或子结构） (40)51、SHELL51-扭转的轴对称塑料壳 (41)52、CONTAC52-3D 点点接触 (41)54、BEAM54（2-D弹性渐缩不对称梁） (41)56、HYPER56-2D、4N，超弹性的实体U-P单元 (42)58、HYPER58-3D、8N，超弹性实体单元 (42)59、PIPE59-3D、2N浸入管或索单元 (43)60、PIPE60-塑性曲管单元 (43)61、SHELL61-2D、2N，轴对称结构壳单元 (44)63、SHELL63-3D、4N，弹性壳 (44)64、SOLID64-3D、8N各向异性结构实体单元 (45)65、SOLID65（3D、8N，带筋混凝土单元） (45)单元描述 (45)输入数据总结 (46)单元材料常数 (46)SOLID65的理论基础 (49)W ILLAM-W ARNKE破坏准则 (49)本构关系 (50)数据输出 (54)单元杂项输出 (56)单元状态 (56)用于ETABLE，ESOL命令的项次和序号输出方法 (56)假设与限制 (57)补充：带筋单元的定义方法（混凝土开裂） (58)参考文献： (59)74、HYPER74-2D、8N 超弹性U-P实体单元 (60)82、PLANE82-2D、8N实体单元 (60)83、PLANE83-2D、8N轴对称谐波实体单元 (61)84、HYPER84-2D、8N超弹性实体单元 (61)86、HYPER86-3D、8N超弹性实体单元 (62)88、VISCO88-2D、8N，粘弹性实体单元 (62)89、VISCO89-3D 20N，粘弹性实体单元 (63)91、SHELL91-3D、8N，非线性16层结构壳 (63)92、SOLID92-3D、10N，四面体实体单元 (64)93、SHELL93-3D、8N结构壳 (64)95、SOLID95-3D、20N结构实体单元 (65)99、SHELL99-3D、8N，100层线性结构壳 (65)106、VISCO106-2D、4N，大应变实体单元 (66)107、VISCO107-3D、8N，大应变实体单元 (66)108、VISCO108-2D、8N，大应变实体单元 (67)145、PLANE145-2D、8N，四边形结构实体P单元 (67)146、PLANE146-2D、6N，三角形结构实体P单元 (67)147、SOLID147-3D、20N，块结构实体P单元 (68)148、SOLID148-3D、10N，四面体结构实体P单元 (68)150、SHELL150-3D、8N，结构壳P单元 (69)153、SURF153-2D 表面效应单元 (69)154、SURF154-3D表面效应单元 (69)158、HYPER158-3-D、10N，四面体超弹性U-P实体单元 (70)169、TARGE169-2D 目标段单元 (70)170、TARGE170-3D 目标段单元 (70)171、CONTA171-2D、2N，面面接触单元 (71)172、CONTA172-2D、3N，面面接触单元 (71)173、CONTA173-3D、4N，面面接触单元 (71)174、CONTA174-3D、8N，面面接触单元 (72)180、LINK180-3D，有限应变杆单元 (72)181、SHELL181-有限应变壳 (73)182、PLANE182-2D、4N，结构实体单元 (73)183、PLANE183- 2D、8N结构实体单元 (74)185、SOLID185，3D、8N，结构实体单元 (74)186、SOLID186-3D、20N，结构实体单元 (75)187、SOLID187-- 3D、10N，四面体结构实体单元 (75)188、BEAM188（3-D线性有限应变梁） (76)189、BEAM189（3-D二次有限应变梁） (76)191、SOLID191-3D、20N，层结构构实体单元 (77)ANSYS 结构分析中的单元模式1、LINK1 2-D 杆件LINK1 可用于不同工程领域的应用，例如桁架、杆件、弹簧等结构。
ANSYS表面效应单元SURF154的运用!
ANSYS表面效应单元SURF154的运用!1. 表面效应单元SURF154的运用场合表面效应单元就是在现有的模型实体单元表面上生成新的单元。
将相关载荷施加在此表面效应单元上，从而达到将载荷传递分摊到模型实体单元表面上的目的。
如，球罐上半球外表面受到竖直向下的雪载荷、侧半球受到水平的风载荷、储罐拱顶外表面受到竖直向下的雪载荷等类似的工况均可采用表面效应单元来实现载荷施加。
如下图所示：图1 球罐水平风载荷图2 储罐竖直雪载荷图3 储罐侧壁风载荷2. 表面效应单元SURF154描述及数据输入SURF154可以用于各种变化载荷和表面效应。
可以覆盖在任意3D单元面上。
该单元用于3D结构分析，而且变载荷和表面效应可以同时存在。
图4 SURF154几何形状Faces 1, 2, And 3 [KEYOPT(2) = 0]. 前三个正压力沿单元坐标轴正方向（除了法向压力沿Z轴负方向）。
对于Face 1,由KEYOPT(6)决定是否取消正或负值，用来模拟在包含流体的自由面处的不连续性。
对于 Faces 2 和3,载荷方向由单元坐标系，因此需要用到ESYS命令。
Faces 1, 2, And 3 [KEYOPT(2) = 1]. 压力载荷按照局部坐标系加载在单元面上。
如下图， Face 1 沿局部坐标系X轴方向，Face 2沿局部坐标系Y轴方向，Face 3沿局部坐标系Z轴方向。
局部坐标系必须被定义。
此时KEYOPT(6) 不可用。
Face 4.方向为单元法线方向，在每个积分点的压力大小为P I + XP J + YP K + ZP L，从P I到P L按照从VAL1 到VAL4 输入，用SFE命令。
X, Y, Z为当前点位置的全局笛卡儿坐标值。
由KEYOPT(6)决定是否取消正或负值，用来模拟在包含流体的自由面处的不连续性。
Face 5.压力大小为 P I，方向为节点i、j、k处单位矢量在全局笛卡儿坐标系中的方向。
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关于薄板、厚板、壳单元的特性区别.
一、板壳弯曲理论简介1. 板壳分类按板面内特征尺寸与厚度之比划分：当L/h < (5~8) 时为厚板，应采用实体单元。
当(5~8) < L/h < (80~100) 时为薄板，可选2D 实体或壳单元当L/h > (80~100) 时为薄膜，可采用薄膜单元。
壳类结构按曲率半径与壳厚度之比划分：当R/h >= 20 时为薄壳结构，可选择薄壳单元。
当6 < R/h < 20 时为中厚壳结构，选择中厚壳单元。
当R/h <= 6 时为厚壳结构。
上述各式中h 为板壳厚度，L 为平板面内特征尺度，R 为壳体中面的曲率半径。
2. 薄板理论的基本假定薄板所受外力有如下三种情况：①外力为作用于中面内的面内荷载。
弹性力学平面应力问题。
②外力为垂直于中面的侧向荷载。
薄板弯曲问题。
③面内荷载与侧向荷载共同作用。
所谓薄板理论即板的厚度远小于中面的最小尺寸，而挠度又远小于板厚的情况，也称为古典薄板理论。
薄板通常采用Kirchhoff-Love 基本假定：①平行于板中面的各层互不挤压，即σz = 0。
②直法线假定：该假定忽略了剪应力和所引起的剪切变形，且认为板弯曲时沿板厚方向各点的挠度相等。
③中面内各点都无平行于中面的位移。
薄板小挠度理论在板的边界附近、开孔板、复合材料板等情况中，其结果不够精确。
3. 中厚板理论的基本假定考虑横向剪切变形的板理论，一般称为中厚板理论或Reissner（瑞斯纳）理论。
该理论不再采用直法线假定，而是采用直线假定，同时板内各点的挠度不等于中面挠度。
自Reissner 提出考虑横向剪切变形的平板弯曲理论后，又出现了许多精化理论。
但大致分为两类，如Mindlin（明特林）等人的理论和Власов（符拉索夫）等人的理论。
厚板理论是平板弯曲的精确理论，即从3D 弹性力学出发研究弹性曲面的精确表达式。
4. 薄壳理论的基本假定也称为Kirchhoff-Love（克希霍夫-勒夫）假定：①薄壳变形前与中曲面垂直的直线，变形后仍然位于已变形中曲面的垂直线上，且其长度保持不变。
Ansys中文帮助-单元详解-SURF153
表面效应单元——SUER153有时候可能需要施加一个所使用的单元不能接受的表面荷载。
比如：由时可能需要爱结构实体单元上施加均布切向（或者如何方向）压力等等，在这种情况下，可以使用表面效应单元覆盖所要施加荷载单元的表面，用这些单元作为“媒介”施加所需要的荷载。
目前可是用下列表面效应单元：对于2D模型，可使用SURF151和SURF153；对于3D模型可使用SURF152和SURF154。
1、SUER153单元描述SURF153可以施加各种载荷和表面效应载荷，覆盖在2D结构实体单元上（不包括轴对谐响应单元PLANE25,PLANE83,以及FLUID81）。
该单元用于2D结构分析。
关于此单元更详细的信息请参看ANSYS, Inc. Theory Reference。
SUER153几何形状如下图所示：图12、SUER153输入数据该单元的几何形状，节点位置，坐标系如图1所示。
该单元由2或者3个节点以及材料特性定义。
单元坐标系X轴在I-J节点连线上。
质量和体积计算使用平面单元在I和J节点的厚度（相对应于实常数TKI,TKJ）。
其中默认为：TKJ＝TKI＝1.0。
如果KEYOPT(3)=3，平面外厚度通过实常数TKPS定义，默认值为1.0，质量计算还用到密度（材料特性DENS，单位体积质量）和实常数ADMSUA以及附加单位面积质量。
刚度矩阵计算使用平面内单位长度内力（通过实常数SURT输入）和弹性地基刚度（通过实常数EFS输入）。
通过定义材料特性DAMP（阻尼系数）作为刚度的放大系数或者直接定义材料特性VISC，地基刚度能够衰减。
关于单元载荷的描述参看Node and Element Loads。
压力可以作为面载荷作用在如图1中带圈数字标记所示的单元表面上。
压力荷载矢量计算使用压力值。
SURF153可以施加复杂的压力荷载。
对于第一个面（FirstFaces）的前三个方向，压力的正值对应于单元坐标系的正向（除了法向压力沿Y轴负方向），对于Faces1，KEYOPT(6)的设置是用来模拟在包含流体的自由面处的不连续性，其决定正负值是否有用。
ansys单元介绍
ansys单元介绍ANSYS是一款功能强大的工程仿真软件，广泛应用于各种工程领域。
它提供了丰富的单元类型，以满足各种复杂的分析需求。
下面将介绍一些常用的ANSYS 单元类型及其特点。
1. 杆单元（Link）：用于模拟杆状结构，如梁、柱等。
该单元具有三个自由度：轴向拉伸/压缩、弯曲和扭转。
可以通过设置截面属性来定义杆的截面特性。
2. 梁单元（Beam）：用于模拟梁结构，具有六个自由度：轴向拉伸/压缩、弯曲、扭转和三个平动位移。
梁单元可以承受弯矩、剪力和轴力等载荷。
3. 壳单元（Shell）：用于模拟薄壁壳体结构，如圆筒、管道等。
壳单元具有平面内和平面外的刚度，适用于分析壳体的弯曲、屈曲和振动等问题。
4. 实体单元（Solid）：用于模拟三维实体结构，如块体、球体等。
实体单元具有任意方向的刚度，可以承受各种复杂载荷，如压力、温度和位移等。
5. 表面单元（Surface）：用于模拟二维表面结构，如板、薄膜等。
表面单元可以承受平面内和平面外的载荷，适用于分析表面效应和接触问题。
6. 流体单元（Fluid）：用于模拟流体结构和流体行为，如管道流动、流体振动等。
流体单元可以模拟流体的压力、速度和温度等参数。
7. 热单元（Thermal）：用于模拟热传导、对流和辐射等热力学问题。
热单元可以模拟温度场、热流密度和热梯度等参数。
8. 电单元（Electrical）：用于模拟电场、电流和电压等电磁学问题。
电单元可以模拟电场强度、电流密度和电势等参数。
除了以上介绍的单元类型外，ANSYS还提供了其他多种特殊单元类型，如弹簧单元、质量单元、阻尼器单元等，以满足特定领域的分析需求。
在使用ANSYS 进行仿真分析时，选择合适的单元类型是至关重要的，以确保分析的准确性和可靠性。
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10.把 “切向X压力”符号改为箭头: – Utility Menu > PlotCtrls > Symbols …
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11.选择 everything 并画出单元: – Utility Menu > Select > Everything – Utility Menu > Plot > Elements 12.约束1号面上的全部自由度(螺栓底面 Z=0): – Main Menu > Preprocessor > Loads > -Loads- Apply > Structural- Displacement > On Areas +
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7. 把SURF154单元的单元坐标(ESYS)改变为11: – Main Menu > Preprocessor > -Modeling- Move / Modify > Elements- Modify Attrib + – Utility Menu > List > Elements > Nodes + Attributes – Utility Menu > Plot > Elements
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15.画位移 UY: – Main Menu > General Postproc > Plot Results > -Contour PlotNodal Solu ... 16.存储并退出 ANSYS: – Pick the “QUIT” button in the Toolbar
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7. 建立名为 “e_surf”的所有第2类单元的组件: – Utiltity Menu > Select > Comp/Assembly > Create Component ... 8. 关闭单元坐标系: – Utility Menu > PlotCtrls > Symbols …
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9. 在 SURF154 单元上施加10,000 psi切向压力(沿单元 X 方向): – Main Menu > Preprocessor > Loads > -Loads- Apply > Structural- Pressure > On Elements +
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13.存储数据库并使用 PCG 迭代求解器求解: – Main Menu > Solution > -Analysis Type- Sol’n Control .. – Pick the “SAVE_DB” button in the Toolbar (or select: Utility Menu > File > Save as Jobname.db) – Main Menu > Solution > -Solve- Current LS 14.进入通用后处理器，把结果坐标系转换为柱坐标，然后打开单元 轮廓线绘等值图: – Main Menu > General Postproc > Options for Outp .. – Utility Menu > PlotCtrls > Style > Edge Options ...
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4. 设置单元类型指针指向2 (SURF154)，并建立表面效应单元: – Main Menu > Preprocessor > -Attributes- Define > Default Attribs … – Main Menu > Preprocessor > -Modeling- Create > Elements > Surf / Contact- Surf Effect > No extra Node + 5. 选择所有第2类单元，打开单元坐标显示并画出它们: – Utility Menu > Select > Entities … – Utility Menu > PlotCtrls > Symbols … – Utility Menu > Plot > Elements 6. 在总体坐标原点建立11号局部柱坐标系: – Utility Menu > WorkPlane > Local Coordinate Systems > Create Local CS > At Specified Loc +
ANSYS表面效应单元 表面效应单元
1
表面效应单元
螺栓扭转
2
说明 • 使用表面效应单元对螺栓模型施加扭转荷载，求解并 在后处理中器中观察整体柱面坐标的UY
3
荷载和材料特性
4
1. 按教师指定的工作目录，用“bolt-torque”作为作业名，进入 ANSYS。 2. 恢复“bolt-torque.db1”数据库文件: – Utility Menu > File > Resume from … 3. 进入前处理器，选择7号和8号面, 然后选择与7号和8号面相关的结 点: – Main Menu > Preprocessor – Utility Menu > Select > Entities … – Utility Menu > Plot > Nodes