ansys关于薄板、厚板、壳单元的特性区别

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1、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)(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

2、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

3、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。②平行于中曲面的面素上的正应力与其它应力相比可忽略不计。但上述假定同时假定了两种不相容的变形状态，即平面应变和平面应力状态。因此许多学者提出了许多修正理论，但是只要是基于

4、Kirchhoff-Love假定为基础的薄壳理论，其精度都不会超过Kirchhoff-Love理论的精度范围。为构造协调的薄板壳单元，可采用多种方法，如增加自由度法、再分割法（也称复合法）、离散克希霍夫（DiscreteKirchhoffTheory）法等，但都适用于薄板壳结构，也不考虑横向剪切变形的影响。5.考虑横向剪切变形的壳理论可考虑横向剪切变形影响的理论，一般称为Mindlin-Reissner理论，是将Reissner关于中厚板理论的假定推广到壳中。二、板壳有限元与SHELL单元薄板壳单元基于Kirchhoff-Love理论，即不计横向剪切变形的影响；中厚板壳单元则基于Mind

5、lin-Reissner理论，考虑横向剪切变形的影响。在ANSYS中，SHELL单元采用平面应力单元和板壳弯曲单元的叠加。除SHELL63、SHELL51、SHELL61不计横向剪切变形外（可用于薄板壳分析），其余均计入横向剪切变形的影响（可用于中厚板壳分析）。对于板壳单元还应注意以下几个问题：⑴面内行为由于面内采用平面应力状态，因此不存在“体积锁死”问题，但“剪切自锁”问题依然存在，因此许多单元采用了ESF以响应面内行为，如SHELL41、SHELL43和SHELL63单元等，SHELL181支持横向剪切刚度的读入。⑵面内转动自由度面内转动自由度（DrillingDOF，简称DDOF）

6、也称为法线自转自由度、旋转自由度、第6自由度等，因面内平动自由度可完全描述面内行为，故DDOF为“虚假”的自由度，其引入目的是便于单元刚度矩阵的转换。该自由度对应一“假设刚度”，为防止整体刚度矩阵奇异，其处理一般有3种方法：①扭簧型刚度：赋予极小值（如1.0E-5），如SHELL43、SHELL63和SHELL143的KEYOPT(3)≠2时的情形。②Allman型转动刚度，用沿边界二次变化的位移模式构造单元，如SHELL43、SHELL63和SHELL143的KEYOPT(3)=2时的情形。③罚函数法：利用罚函数建立面内转动自由度和面内平移自由度之间的关系，进而考虑面内转动刚度，如SH

7、ELL181。⑶中面与偏置大多数板壳单元的节点描述单元中面的位置，低阶单元SHELL181可使用SECOFFSET将节点偏置到单元的顶面、底面或用户指定位置，高阶单元如SHELL91和SHELL99可使用KEYOPT(11)将节点偏置到单元的顶面或底面，即节点所描述的不再是单元中面，而是单元的顶面或底面等。⑷小应变与有限应变所有板壳单元都支持大变形（大转动），但SHELL63不支持材料非线性和有限应变，SHELL43、SHELL91