ansys教程 桥梁土木建筑

B r ic k E le m e n t s
二维单元 (平面单元、板、壳单元类型)
Dy Dx
Dy Rz
Rx
膜单元 Membrane 桥梁工程系 王志强
板单元Plate
Ry Dy
Dz Rz
Dx Rx
壳单元Shell
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“工程软件应用课程 —— Ansys软件 （Lesson9）”
平面应变、平面应力问题介绍
弹性体在满足一定条件时，其变形和应力的分布规律 可以用在某一平面内的变形或应力的分布规律来代替， 这类问题称为平面问题。平面问题分为平面应力问题和 平面应变问题。
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“工程软件应用课程 —— Ansys软件 （Lesson9）”
平面应力问题介绍
平面应力问题：如设有很薄的等厚薄板，只在板边 上受到平行于板面并且不沿厚度变化的面力，体力 也平行于板面且不沿厚度变化。
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“工程软件应用课程 —— Ansys软件 （Lesson9）”
二维单元自由度
T ru s s a n d B e a m
E le m e n t s ( 1 D ,2 D ,3 D )
P la n e S t r e s s , P la n e S t r a in , A x is y m m e t r ic , P la t e a n d S h e ll E le m e n t s ( 2 D ,3 D )
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“工程软件应用课程 —— Ansys软件 （Lesson9）”
平面应变问题介绍
平面应变问题：如设有很长的柱形体，支承情况不 沿长度变化，在柱面上受到平行于横截面而且不沿 长度变化的面力。
以柱体的任一横截面为XY平面，任一纵线为Z轴。假定该柱体为无限长，则任一截面 都可以看作对称面。由对称性，
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“工程软件应用课程 —— Ansys软件 （Lesson9）”
Ansys 板、壳单元类型举例
SHELL63单元具有模 拟平面外弯曲和平面内 变形的能力，可承受面 内、面外荷载。 单元通 常有四个节点，每个节 点有6个自由度（三个平 动自由度X、Y、Z和三 个转动自由度。可输入4 个厚度尺寸。
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“工程软件应用课程 —— Ansys软件 （Lesson9）” 壳单元 Shell63 中的选项
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“工程软件应用课程 —— Ansys软件 （Lesson9）”
壳单元 Shell93 介绍
SHELL93单元适合于模拟 曲面结构，平面内形函数是 二次的。 单元通常有八个节 点，每个节点有6个自由度 （三个平动自由度X、Y、Z 和三个转动自由度。可输入4 个厚度尺寸。
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“工程软件应用课程 —— Ansys软件 （Lesson9）”
板弯曲问题
• 主要受弯曲 • 弯矩和剪力 • 适用于模拟中等程度厚的板 • 仅受平面外荷载
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“工程软件应用课程 —— Ansys软件 （Lesson9）”
板单元介绍
总的说明（General）
•每个节点自由度为 3 •每个节点位移自由度为 1 •每个节点转动自由度为 2 •用于平板式结构
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“工程软件应用课程 —— Ansys软件 （Lesson9）”
f. 输入关键点编号 3. g. 输入x,y,z坐标0.5,0.06,0 h. 选择 Apply i. 输入关键点编号 4. j. 输入x,y,z坐标 0,0.06,0. k. 选择 OK.
l. Main Menu: Preprocessor > -Modeling- Create > -AreasArbitrary > Through KPs
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“工程软件应用课程 —— Ansys软件 （Lesson9）”
5. 定义材料属性.
a. Preprocessor > Material Props > -Structural-Linear-elastic- Isotropic b. 选择 OK 定义材料 1. c. 在EX框中输入2.07e11（弹性模量） d. 在PRXY框中输入0.33（泊松比） e. Preprocessor > Material Props > -Structural- Density f. 在Dens框中输入7800（密度） g. 选择OK 定义材料属性并关闭对话框。
A ssu mp t io n s
x
1 unit
2D Pro blem
平面应变问题
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x
平面应力问题
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“工程软件应用课程 —— Ansys软件 （Lesson9）”
Ansys平面单元介绍
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“工程软件应用课程 —— Ansys软件 （Lesson9）”
Ansys壳单元 介绍(续)
经典 Love-Kirchhoff 理论
• Shell63 是“ 薄”壳单元。Shell63 包含弯曲和薄膜效应但忽
略横向剪切变形。
Reissner/Mindlin 理论
• Shell43, 143, 181, 91, 93 和 99 是“ 厚”壳单元。其包含弯
曲、薄膜和横向剪切效应。横向剪切被表示为整个厚度上的常剪 切应变,这种一阶近似只适用于“ 中等厚度”壳体。
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“工程软件应用课程 —— Ansys软件 （Lesson9）”
算例介绍
两个圆孔的平面支座分析(Ansys提供的一个平面模型示例）一个圆孔 约束，另一个圆孔施加一个压力，进行平面应力分析，如图：
1、建立几何模型； 2、定义材料特性等； 3、生成有限元网格； 4、施加荷载和求解； 5、查看结果和结束分析。
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“工程软件应用课程 —— Ansys软件 （Lesson9）” 平面单元Plane42中的选项
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“工程软件应用课程 —— Ansys软件 （Lesson9）” 平面单元 Plane82 介绍
PLANE82 常用于模拟平面不规则、曲的结构，可以模拟平面应力、平面应 变问题。单元有八个节点，每个节点有两个自由度（X、Y方向平动）。
设 板 的 厚 度 为 t， 在 板 面 上 ：
z zt 0， 2
zxzt 0， 2
zyzt 0 2
由 于 平 板 很 薄 ， 外 力 不 沿 厚 度 变 化 ， 因 此 在 整 块 板 上 有 ，
z 0， zx0， zy0
剩 下 平 行 于 XY平 面 的 三 个 应 力 分 量 x、 y、 xy未 知 。
zx 0，zy 0，w0
由于没有Z方向的位移，Z方向的应变 z 0 。
未知量为平行于XY平面的三个应力分量x、y、xy， 物体在Z方向处于自平衡状态。
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“工程软件应用课程 —— Ansys软件 （Lesson9）”
平面应力或平面应变
x2
x1
x3
3D Pro blem
P la in - S tra in
2. 创建基本模型 a. Main Menu: Preprocessor > -Modeling- Create > Keypoints > In Active CS...
b. 输入关键点编号 1. c. 输入x,y,z坐标 0,-0.06,0. d. 选择 Apply. e. 输入关键点编号 2. f. 输入x,y,z坐标0.5,-0.06,0 g. 选择 Apply
Ansys主要单元类型举例
• X-Y 平面单元: 在整体笛卡尔X-Y平面内（模型必须建在此面内），有几种类型的
ANSYS单元可以选用。其中任何一种单元类型只允许有平面应力、平面应 变等特性。 平面应力或应变:
L K
O
P
Y
(or Axial)
I
N
M J
X (or Radial)
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K,L,O
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板、壳单元介绍
结构层次上的单元 (壳和梁单元)是与连续的实体单元相对应的
– 实体单元建立有限元模型通常规模较大， 尤其对于三维实体单元
– 如果选用适当的结构单元 (shells and beams) 会得到一个更经济的解决方案， 模拟相同的问题，用结构体单元通常需 要的单元数量比实体单元少很多
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平面应变、应力和板壳单元 静力屈曲分析 王志强
同济大学土木工程学院桥梁工程系
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办 公 室：桥梁馆 405 室：公共邮箱：ansys2019qq:密码：tj2019 联系电话：65987577：提交作业邮箱Email: wzq2019_ansys1qq
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“工程软件应用课程 —— Ansys软件 （Lesson9）”
6. 对几何模型划分网格.
a. Main Menu: Preprocessor > MeshTool 在Element Attributes中选Global，点Set 设置TYPE = 1, MAT = 1, REAL = 1, then [OK] • Size Controls: Lines: press [Set] 在拾取框点Pick L2和L4, NDIV = 2, then [OK] • Size Controls: Lines: press [Set] 在拾取框点Pick L1和L3, NDIV = 10, then [OK] • Mesh: 设置到 [Areas] ，Shape:设置为 "Quad" and "Free" • 点 [Mesh], [Pick All]
PN
I
M
J
Triangular Option
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“工程软件应用课程 —— Ansys软件 （Lesson9）”
平面单元 Plane42 介绍
PLANE42 常用于模拟平面结构，单元可以模拟平面应力、平面应变问题。 单元有四个节点，每个节点有两个自由度（X、Y方向平动）。
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单元坐标系统：1.与整体坐标系平行；2.由边I-J确定
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4.定义实常数. a. Main Menu: Preprocessor > Real Constants b. 选择 Add . . . c. 在Shell thickness at node I (TK)对话框中输入0.03（厚度） d. 选择 OK 定义实常数并关闭对话框 e. 选择 Close 关闭实常数对话框
m. 选取四个关键点； n. 在拾取菜单中选择OK。
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百度文库
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3. 设定单元类型相应选项.
a. Main Menu: Preprocessor > Element Type > Add/Edit/Delete b. 选择 Add . . . c. 左边单元库列表中选择 Shell. d. 在右边单元列表中选择 (Shell 63). e. 选择 OK 接受单元类型并关闭对话框. f. 选择 Close 关闭单元类型对话框.
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“工程软件应用课程 —— Ansys软件 （Lesson9）”
算例介绍
板壳结构的动力分析也是一类重要的工程问题，这里我们对一个 悬臂板进行模态分析计算, 计算板的前5阶频率。
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“工程软件应用课程 —— Ansys软件 （Lesson9）”
1. 启动 ANSYS. 以交互模式进入ANSYS，工作文件名为Shell.
• 当结构的总体厚度相对于典型长度很小时可使用壳单元，长度比厚 度大十倍以上的问题可决定使用壳单元。
• 公开的文献中有各种壳理论，这源于对壳位移的不同近似描述。 • ANSYS 中的壳单元的理论主要有两种，包括 “薄”壳理论和“厚”
壳理论。
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U3
Node 3
R2
R1
3
2
1
U3
Node 4
R2 R1
应用（Application）
U3 R2
Node 1
U3 R2
Node 2
•模拟面结构承受面外荷载， 如楼板受竖向荷载等
R1
R1
P late
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Ansys 壳单元介绍