Ansys单元类型选取总结

2016-12-21 by:CAE仿真在线来源:互联网

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。

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。

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。

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。

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,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。.

总结:

线单元:用于单个单元上应力为常数的情况

梁单元:用于螺栓、薄壁管件、角钢、型材或细长薄膜构建等模型

杆单元:用于弹簧、螺杆、预应力螺杆或桁架等模型

弹簧单元:用于弹簧、螺杆、细长结构或通过刚度等效替代复杂结构等模型

壳单元:用于薄板或曲面模型(面板厚度需小于其版面尺寸的1/10)

面单元:普遍用于各种2D模型或可简化为2D的模型

实体单元:用于各种3D实体模型

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