ANSYS/STRUCTURAL基础ANSYS公司成都办事处 有限元法基础 有限单元法在50年代起源于航空工程飞机结构的矩阵分析，结构矩阵分析认为，一个结构可以看作是由有限个力学小单元相互连接而成的集合体，表征单元力学特性的刚度矩阵可比喻作建筑中的砖瓦。装配在一起就能提供整个结构的力学特性。 应用有限元法求解连续体时，把求解区域分为有限个单元，并在每个单元上指定有限个节点。一般可以认为相邻单元在节点连接成一组单元的集合体，用以模拟或逼近求解区域进行分析，同时选定场函数的节点值。例如取节点位移作为基本未知量。假设一个插值函数近似地表示位移分布规律。再利用变分原理或其它方法建立单元节点力和位移之间的力学特性关系。得到一组以节点位移为未知量的代数方程组。从而求解节点位移分量。  简例（续） 下面以小变形弹性静力问题为例，加以详细介绍。 几何方程：eij=1/2(ui,j+uj,i) 物理方程：sij=aijklekl 平衡方程：sij,j+fi=0 边界条件：       位移已知边界条件  ui=ui    （在边界Гu上位移已知）       外力已知边界条件 sij,j+pi=0（在边界Гp上外力已知）  简例（续） 简例（续） 有限元分析步骤 有限元分析步骤（续） 有限元分析步骤（续） ANSYS文件结构 ANSYS文件结构（续） ANSYS内存管理 ANSYS内存管理 (续) ANSYS 分析过程 建模 ANSYS/Structural求解功能     ANSYS/Structural求解功能 Static -- 结构静力问题（包括线性和非线性问题） Modal -- 模态振动特性计算分析（结构固有频率和振型） Harmonic -- 谐波分析 Transient -- 瞬态分析 Spectrum -- 谱分析 Eigen Buckling -- 特征值屈曲分析（线性） Substructural -- 子结构分析 。。。。。。  ANSYS非线性 材料非线性 几何非线性 单元非线性  几何非线性 大应变 大挠度 应力刚化 旋转软化  材料非线性 速率无关的塑性 速率相关的塑性 超弹性 粘弹性 混凝土 非线弹性 蠕变 膨胀 材料非线性 流动准则 屈服准则 强化准则  单元非线性 接触 点----点 点----线 点----面 面----面 刚----柔 柔----柔 单元生死 (焊接,土壤开挖) 非线性单元 LINK10, COMBINE40... 几何模型与有限元模型    加载 实体几何模型载荷 有限元载荷 ANSYS坐标系种类 总体坐标系 局部坐标系 节点坐标系 单元坐标系 结果坐标系 显示坐标系 ANSYS坐标系类型 直角坐标系 圆柱坐标系 球坐标系 环形坐标系 误差估计 选择单元策略 ANSYS单元介绍  ANSYS单元分类*ANSYS常用单元 介绍                          ANSYS单元分类*ANSYS常用单元 介绍*ANSYS常用单元 推荐       1.   杆单元，包括二维杆单元和三维杆单元，线性调节元，主要包括： LINK1，LINK8，LINK10，LINK11，LINK180等。       2.   弹簧阻尼单元，包括COMBIN系列： COMBIN7,COMBIN14,COMBIN37,COMBIN40等。  3.  质量元，MASS21。 ANSYS单元分类                                                                  ANSYS单元分类              ANSYS单元分类     ANSYS单元介绍   实体单元推荐 几乎不可压缩材料 (塑性)  可忽略弯曲的体结构变形采用 Plane182, Solid185 选择缩减积分 (B-Bar)。 对于小应变应用采用非协调模式单元 Plane42, Solid45。 对于大应变应用采用具有URI(特别对于大模型)的Plane182 和 Solid185 或具有URI的 Solid95 。也可以采用 Visco106, Visco107 和 Visco108 单元(甚至对于与速率无关的塑性)。 实体单元推荐 不可压缩材料 (超弹性)  类似橡胶材料的不可压缩条件约束需要 U-P 混合公式，可采用单元 Hyper56, Hyper58, Hyper158 或 Hyper74 。 壳单元 - 概述 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 中的壳单元根据要求解的问题类型采用不同的公式，三个基本的壳公式包括: 薄膜理论,““薄”壳理论和“  厚”壳理论。 壳单元 - 概述 薄膜理论  Shell41 采用薄膜理论。Shell41 忽略弯曲和横向剪切，只包含薄膜效应。  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。 平面变形中的壳单元 壳单元推荐 壳单元推荐 梁单元 - 概述 梁单元推荐 梁单元推荐 Beam188 和 Beam189  位移约束方程 方程式     CONST=c1*Lab1(NOD1)+c2*Lab2(NOD2)+c3*Lab3(NOD3) 命令    CE，NEQN，CONST，NOD1，Lab1，C1，NOD2，Lab2，C2….  自由度耦合  命令格式 CP，NSET，Lab，NOD1，NOD2，NOD3，NOD4，NOD5…….   Got Questions? Get ANSYS ANSYS 总部网站（美国）           max.book118.com ANSYS中国网站          max.book118.com.CN ANSYS成都技术支持techsupp.cd@amax.book118.com ANSYS中文资料  ANSYS入门手册（上下） 基本过程手册 建模与分网手册 非线性分析指南 动力学分析指南 热分析分析指南 ANSYS中文资料  电磁场分析指南 计算流体动力学分析指南 耦合场分析指南 疲劳断裂复合材料 高级分析指南 ANSYS/LS-DYNA使用指南  由于 Beam188 和 Beam189 对剪切变形采用一次近似 (厚度方向为常剪切应力)，故其只应用于比较细长的梁。可用如下方法近似估计，(GAL2)/(EI)   30, 其中 L 是所有单元的总体长度 ( 不是单个单元的长度)。 因弯曲响应是线性或二次的，故长度方向采用多个单元 L ANSYS的单元按形状可分为以下三类： 质点单元（如质量单元） 线单元（如杆、梁、管单元） 面单元（二维平面 、壳等） 体单元（如SOLID等） 其它辅助单元  下面就这些类型中常用的单元作简要介绍。 ANSYS单元分类 ANSYS单元分类 4 .  梁单元，分为二维和三维
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