ANSYS有限元分析培训(自学版本)ppt课件.ppt

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1、2007ANSYS有限元分析培训三、ANSYS单元的选择与使用一、完全积分单元与缩减积分单元的区别ANSYS单元类型较多，其一般都同时具有完全积分以及缩减积分两种选项。一般有时候选择的不同会带来完全不同的结果。完全积分单元：单元具有规则形状时，全部Gauss积分点的数目足以对单元刚度矩阵中的多项式进行精确积分减缩积分单元：只有四边形和六面体单元才能采用减缩积分，所有四面体和三角形实体单元只能采用完全积分，虽然其可以与减缩积分的四边形或六面体单元在同一网格中使用。适合于不可压缩材料以及单元扭曲比较严重的情况一阶完全积分单元一阶缩减积分单元2三、ANSYS单元的选择与使用1、剪切自锁效应

2、对于完全积分单元在受弯曲载荷时可能出现剪切自锁效应（来源于伪横向剪切）实际变形有限元变形实际问题为纯弯曲问题，不存在剪切变形，但有限元网格由于无中节点无法弯曲，因此存在剪应力可以使用高次完全积分单元，或者减缩积分单元解决这个问题，当然在复杂应力状态下，完全积分的二次单元也有可能发生自锁。（但完全积分单元对于模拟局部应力集中的区域效果很不错）弯矩M3三、ANSYS单元的选择与使用2、沙漏效应：是指单元存在零能模式，不能抵抗变形。一般发生在减缩积分单元中有限元变形弯矩M单元在此模式下不能抵抗弯曲变形，从而出现坍塌。较为合理的细网格可以改善这个问题，二次减缩单元也有自锁问题，但是一般在正常

3、的网格下几乎不可能扩散。使用剪切积分单元时用户需要检查求解精度。4三、ANSYS单元的选择与使用下面用一个算例来说明剪切自锁和沙漏效应对结果的影响：悬臂梁长150mm，宽2.5mm，高5mm，自由端受5N的集中载荷，杨氏模量E为70GPa，采用梁理论，其扰度的理论值为3.09mm网格划分为12*4*2Solid45单元完全积分位移为3.083mm缩减积分位移为3.287mm5三、ANSYS单元的选择与使用二、三角形、四面体单元与四边形、六面体单元的区别三角形网格其实是四边形网格的退化。其在单元内部应变是不变的，而四边形网格在内部为双线性变化。因此使用三角形划分时，网格需要划分比较密，

4、才能保证精度划分网格时尽量推荐使用四边形或六面体单元。虽然现在随着理论的进步，二次三角形单元对于静力问题已经能够获得与一次四边形同样的计算精度，但是对于动力问题由于二次三角形单元其节点质量分布不均匀，因此会出现不平衡现象，对于动力问题不推荐使用三角形单元。（三角形单元形函数u=a0+a1*x+a2*y，v=b0+b1*x+b2*y四边形单元形函数u=a0+a1*x+a2*y+a3*x*y，v=b0+b1*x+b2*y+b3*x*y应变ex=du/dx,ey=dv/dy，u(xi,yi)=ui,v(xi,yi)=vi）6三、ANSYS单元的选择与使用三、高阶与低阶单元区别单元阶次是指单

5、元形函数的多项式阶次。什么是形函数?形函数是指给出单元内结果形态的数值函数。因为FEA的解答只是节点自由度值，需要通过形函数用节点自由度的值来描述单元内任一点的值。形函数根据给定的单元特性给出。每一个单元的形函数反映单元真实特性的程度，直接影响求解精度。注意：一旦选择了单元类型，就选择了相应单元类型的形函数，所以选择单元类型之前，应查看相关单元的形函数信息。典型的，线性单元只有角节点，而二次单元还有中间节点。7三、ANSYS单元的选择与使用自由度按二次分布真实曲线线性近似(结果差）二次近似（结果好）多个单元线性近似（结果较好）8三、ANSYS单元的选择与使用线性单元单元扭曲变形很敏感

6、。如果只想得到名义上的应力时，可以采用线性单元。在应力梯度大的地方，应该划分大量的单元。二次单元二次单元在描述曲线或曲面边界时比线性单元更精确。但对单元扭曲变形反映不明显。如果想得到高精度的应力，应采用二次单元。一般情况下，与线性单元相比，所用单元个数较少，自由度较少，结果较好。9三、ANSYS单元的选择与使用四、结构分析常用单元1、三维实体单元常用的三维实体单元有solid45,solid92,solid95,solid185,solid186,solid187（其中对于非线性问题推荐使用18系列单元）1）solid45单元描述：solid45单元用于三维实体结构模型.单元由8个节

7、点结合而成，每个节点有x、y、z3个方向的自由度。该单元具有塑性,蠕变,膨胀,应力强化,大变形和大应变的特征。类似的单元有适用于各向异性材料的solid64单元。Solid45单元的更高阶单元是solid95。10三、ANSYS单元的选择与使用2）solid185单元描述：solid185单元用于构造三维固体结构.单元通过8个节点来定义，每个节点有3个沿着x、y、z3个方向的自由度。其具有超弹性、应力刚化、蠕变、大变形和大应变能力.还可采用混合模式模拟几乎