ANSYS中单元的选择.doc

在结构分析中，“结构”一般指结构分析的力学模型。按几何特征和单元种类，结构可分为杆系结构、板壳结构和实体结构。杆系结构：其杆件特征是一个方向的尺度远大于其它两个方向的尺度，例如长度远大于截面高度和宽度的梁。元类型有杆、梁和管单元（一般单称为线单元）。板壳结构：是一个方向的尺度远小于其它两个方向尺度的结构，如平板结构和壳结构。单元为壳单元 。实体结构：则是指三个方向的尺度约为同量级的结构，例如挡土墙、堤坝、基础等。单元为3D实体单元和2D 实体单元 。 杆系结构： ①当构件15L/h≥4时，采用考虑剪切变形的梁单元。（h为杆系的高度） ②当构件L/h≥15时, 采用不考虑剪切变形的梁单元。 ③BEAM18X系列可不必考虑L/h的值，但在使用时必须达到一定程度的网格密度。 对于薄壁杆件结构，由于剪切变形影响很大，所以必须考虑剪切变形的影响。 板壳结构： 当L/h5～8时为厚板，应采用实体单元。（h为板壳的厚度） 当5～8L/h80～100时为薄板，选2D体元或壳元 当L/h80～100时,采用薄膜单元。 对于壳类结构，一般R/h≥20为薄壳结构，可选择薄壳单元，否则选择中厚壳单元。 对于既非梁亦非板壳结构，可选择3D实体单元。 杆单元适用于模拟桁架、缆索、链杆、弹簧等构件。该类单元只承受杆轴向的拉压，不承受弯矩，节点只有平动自由度。不同的单元具有弹性、塑性、蠕变、膨胀、 大转动、大挠度（也称大变形）、大应变（也称有限应变）、应刚化（也称几何刚度、初始应力刚度等）等功能 ⑴杆单元均为均质直杆，面积和长度不能为零（LINK11无面积参数）。仅承受杆端荷载，温度沿杆元长线性变化。杆元中的应力相同，可考虑初应变。 ⑵LINK10属非线性单元，需迭代求解。LINK11可作用线荷载；仅有集中质量方式。 ⑶LINK180无实常数型初应变，但可输入初应力文件，可考虑附加质量；大变形分析时，横截面面积可以是变化的，即可为轴向伸长的函数或刚性的。 ⑷通常用LINK1和LINK8模拟桁架结构，如屋架、网架、网壳、桁架桥、桅杆、塔架等结构，以及吊桥的吊杆、拱桥的系杆等构件，必须注意线性静力分析时，结构不能是几何可变的，否则造成位移超限的提示错误。LINK10可模拟绳索、地基弹簧、支座等，如斜拉桥的斜拉索、悬索、索网结构、缆风索、弹性地基、橡胶支座等。LINK180除不具备双线性特性(LINK10)外，它均可应用于上述结构中，并且其可应用的非线性性质更加广泛，增加了粘弹塑性材料。 ⑸LINK1、LINK8和LINK180单元还可用于普通钢筋和预应力钢筋的模拟，其初应变可作为施加预应力的方式之一。 梁单元分为多种单元，分别具有不同的特性，是一类轴向拉压、弯曲、扭转(3D)单元。该类单元有常用的2D/3D弹性梁元、塑性梁元、渐变不对称梁元、3D薄壁梁元及有限应变梁元。此类单元除BEAM189实为3节点外，其余均为2节点，但有些辅以另外的节点决定单元的方向（如表1-5中的节点数）。单元使用另外应注意的问题： ⑴梁单元面积和长度不能为零，且2D梁元必须位于XY平面内。 ⑵剪切变形的影响：当梁的高度远小于跨度时可忽略剪切变形的影响。经典梁元基于变形前后垂直于中面的截面变形后仍保持垂直的Kirchhoff假定，例如当剪切变形系数为零时的BEAM3或BEAM4。但考虑剪切变形的梁弯曲理论中，仍假定原来垂直于中面的截面变形后仍保持平面，（但不一定垂直），ANSYS考虑剪切变形影响采用两种方法，即在经典梁元的基础上引入剪切变形系数(BEAM3/4/23/24/44/54)和 Timoshenko梁元(BEAM188/189)，前者的截面转角由挠度的一次导数导出，而后者则采用了挠度和截面转角各自独立插值，这是两者的根本区别。 ⑶自由度释放：梁元中能够利用自由度释放的单元有BEAM44单元，通过keyopt(7)和keyopt(8)设定释放I节点和J 节点的各个自由度。而高版本中的 BEAM188/189也可通过ENDRELEASE命令对自由度进行释放，如将刚性节点设为球铰等。 ⑷梁截面特性：能够采用梁截面特性的有BEAM44 和BEAM188/189三个单元。BEAM44截面不变时才能采用梁截面，在不使用梁截面而输入实常数时可以采用 变截面。BEAM188/189在V8.0以上版本中可使用变截 面的梁截面，且可以采用不同材料组成的梁截面，而BEAM44则不可。同时BEAM188/189支持约束扭转， 通过激活第七个自由度使用。 ⑸BEAM23/24实常数的输入比较复杂。BEAM23可输入矩形截面、薄壁圆管、圆杆和一般截面的几何尺寸来定义截面。BEAM24则通过一系列的矩形段来定义截面。 ⑹荷载特性：梁单元大多支持单元跨间分布荷