ANSYS中单元类型介绍和单元的选择

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，计算出来的结果的精度是非常糟糕的，有时候即使你把 单元划分的很细，计算精度也很差，这种情况是绝对要避免的。 六面体单元和带中间节点的四面体单元的计算精度都是很高的， 他们的区别在于：一个六面体单元只有8个节点，计算规模小，但 是复杂的结构很难划分出好的六面体单元，带中间节点的四面体 单元恰好相反，不管结构多么复杂，总能轻易地划分出四面体， 但是，由于每个单元有10个节点，总节点数比较多，计算量会增 大很多。 前面把常用的实体单元类型归为2类了，对于同一类型中的单元， 应该选哪一种呢？通常情况下，同一个类型中，各种不同的单元， 计算精度几乎没有什么明显的差别。选取的基本原则是优先选用 编号高的单元。比如第一类中，应该优先选用solid185。第二类里 面应该优先选用solid187。ANSYS的单元类型是在不断发展和改 进的，同样功能的单元，编号大的往往意味着在某些方面有优化 或者增强。 对于实体单元，总结起来就一句话：复杂的结构用带中间节点的 四面体，优选solid187，简单的结构用六面体单元，优选solid185。
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， 如果你非要用实体单元，也是可以的，但是这样计算量就大大增 加了。而且，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。 除了shell63,shell93之外，还有很多其他的shell单元，譬如 shell91,shell131，shell163等等，这些单元有的是用于多层铺层材 料的，有的是用于结构显示动力学分析的，一般新手很少涉及到。 通常情况下，shell63单元就够用了。
ANSYS中单元类型介绍和 单元的选择原则
大学力学论坛（）
ANSYS中单元类型的选择


初学ANSYS的人，通常会被ANSYS所提供的众多纷 繁复杂的单元类型弄花了眼，如何选择正确的单元类 型，也是新手学习时很头疼的问题。 单元类型的选择，跟你要解决的问题本身密切相关。 在选择单元类型前，首先你要对问题本身有非常明确 的认识，然后，对于每一种单元类型，每个节点有多 少个自由度，它包含哪些特性，能够在哪些条件下使 用，在ANSYS的帮助文档中都有非常详细的描述， 要结合自己的问题，对照帮助文档里面的单元描述来 选择恰当的单元类型。
(4)solid（体）系列
土木中常用的就solid45、46、65、95等。 45就不用多说了，95是它的带中结点版本。 solid46可以容忍单元的长厚比达到20比1，可 以用来模拟钢板碳纤维板钢管等。 solid65是专门的混凝土单元，可以考虑开裂， 这个讨论得很多了，清华的陆新征写的一个讲 义()里面有详细解释。
土木计算过程中常用的单元和材料类 型！ 一、单元



（1）link(杆)系列： link1(2D)和link8(3D)用来模拟珩架，注意一根杆划一个单元。 link10用来模拟拉索，注意要加初应变，一根索可多分单元。 link180是link10的加强版，一般用来模拟拉索。 （2）beam(梁)系列： beam3(2D)和beam4(3D)是经典欧拉梁单元，用来模拟框架中的 梁柱，画弯据图用etab读入smisc数据然后用plls命令。注意：虽 然一根梁只划一个单元在单元两端也能得到正确的弯矩图，但是 要得到和结构力学书上的弯据图差不多的结果还需多分几段。该 单元需要手工在实常数中输入Iyy和Izz，注意方向。


beam44适合模拟薄壁的钢结构构件或者变截面的构 件，可用"/eshape,1"显示单元形状。 beam188和beam189号称超级梁单元，基于铁木辛 科梁理论，有诸多优点：考虑剪切变形的影响，截面 可设置多种材料，可用"/eshape,1"显示形状，截面惯 性矩不用自己计算而只需输入截面特征，可以考虑扭 转效应，可以变截面（8.0以后），可以方便地把两 个单元连接处变成铰接（8.0以后，用ENDRELEASE 命令）。缺点是：8.0版本之前beam188用的是一次 形函数，其精度远低于beam4等单元，一根梁必须多 分几个单元。8.0之后可设置“KEYOPT(3)=2”变成二 次形函数，解决了这个问题。可见188单元已经很完 善，建议使用。beam189与beam188的区别是有3个 结点，8.0版之前比beam188精度高，但因此建模较 麻烦，8.0版之后已无优势。
(3)shell(板壳)系列

shell41一般用来模拟膜。 shell63可针对一般的板壳，注意仅限弹性分析。 它的塑性版本是shell43。 加强版是shell181（注意18*系列单元都是ansys后开 发的单元，考虑了以前单元的优点和缺陷，因而更完 善），优点是：能实现shell41、shell63、shell43... 的所有功能并比它们做的更好，偏置中点很方便（比 如模拟梁版结构时常要把板中面望上偏置），可以分 层，等等。
二、材料






弹性部分（必需）用MP命令输入，非线性部分用TB命令输入。 （1）TB,DP 即Drucker-Prager模型，ansys中唯一用来模拟土的模型。可以和 几乎所有单元类型（2维和3维）配合使用，所以有时也会在计算2 维的混凝土模型时用到它。 （2）TB,CONCR 用来模拟混凝土，采用w-w五参数破坏准则，只能和solid65配合 使用。同样参见陆新征的讲义。 （3）TB,BKIN(BISO,MKIN,MISO) 一般用来模拟钢材。 双线形随动强化（双线形等向强化、多线形随动强化、多线形等 向强化）模型。 顾名思义，双线形和多线形的区别就是应力应变曲线是两段还是 很多段；随动强化和等向强化的区别就是考不考虑包辛格效应。 如果不和其他准则配合的话，默认是von mises屈服准则。
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； 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； 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；



(5)combin(弹簧)系列


常用的有7、14、39、40等。 7可以用来模拟铰接点。14是最简单的带阻尼弹簧。 39是非线性弹簧，在实常数中可以灵活定义力－位移 关系，可用来模拟钢筋与混凝土的粘结滑移等。40可 模拟隔震结构（据说）。
(6)contact(接触)系列

常用的有conta52，可用来模拟橡胶垫支座。这个很 简单，可以用命令流添加（eintf）。TARGE16*和 CONTA17*系列可用接触向导添加，三维的接触往往 会造成收敛困难，和混凝土非线性分析一样，需要凭 经验调参数反复试算。



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。






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”； 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”。 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。
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。