4.2 平面单元 PLANE2
单元性质：2 维6节点三角形实体结构单元
有效产品：MP ME ST <> <> PR <> <> <> PP ED
PLANE2 单元说明
PLANE2 是一个6节点三角形单元，与 8 节点的PLANE82单元兼容。本单元具有一个二次的位移函数，可以较好地适应不规则的模型网格 (比如由不同的CAD/CAM系统所产生的模型)。
本单元有6个节点，每个节点有 2 个自由度，分别为 x 和 y 方向的平移，既可用作平面单元 (平面应力或平面应变)，也可以用作轴对称单元。本单元具有塑性、蠕变、辐射膨胀、应力刚度、大变形以及大应变的能力。关于本单元的更多细节见ANSYS公司理论手册中的 PLANE2。
图 2.1 PLANE2 单元几何
PLANE2 输入数据
在图 2.1: "PLANE2 单元几何" 中给出了 PLANE2 单元的几何形状，节点位置和坐标系。
除了节点外。单元输入数据还包括一个厚度 (仅当 KEYOPT(3) = 3 时) 以及正交异性材料特性。正交异性材料的方向与单元坐标系方向一致，单元坐标系的方向在 "坐标系" 中说明。
单元载荷在 "节点和单元载荷" 中说明。压力可以作为单元边界上的面载荷输入，如图 2.1: "PLANE2 单元几何" 中带圆圈数字所示。正压力指向单元内部。可以输入温度和流量作为单元节点处的体载荷。节点 I 处的温度 T(I) 默认为 TUNIF。如果不给出其它节点处的温度，则默认等于 T(I)。如果给出了所有角节点的温度，各中间节点的温度默认为其相邻角节点温度的平均值。对于任何其它的输入方式，未给定的温度默认为 TUNIF。对于流量的输入与此类似，只是默认值用零代替了 TUNIF。
对平面问题，除了 KEYOPT(3) = 3 的情况外，本单元如有节点力，应输入每单位厚度的力值；对轴对称问题应输入整个圆周 (360°) 的力值。
通过ISTRESS或ISFILE命令可以对本单元施加初始应力。进一步的信息见 "ANSYS基本分析指南" 中的初始应力载荷。另外，将 KEYOPT(9) 设置为 1，可以通过用户子程序USTRESS来读取初始应力。关于用户子程序的细节见"ANSYS用户程序特性指南"。
在进行几何非线性分析时，可以使用SOLCONTROL,,,INCP 命令来包含压力的影响。在线性特征值屈曲分析中自动包括压力载荷刚度效应。如果需要非对称的压力载荷刚度效应矩阵，使用NROPT,UNSYM 命令。
在 "PLANE2 输入汇总"中给出了本单元输入数据的一个汇总。在"单元输入"中给出了本单元输入数据的一般说明。对于轴对称问题，见 "轴对称单元"。
PLANE2 输入汇总
节点：
I, J, K, L, M, N
自由度
UX, UY
实常数
如果 KEYOPT(3) = 0, 1, 或 2 - 无
如果 KEYOPT(3) = 3 - 输入厚度 THK
材料特性
EX, EY, EZ, PRXY, PRYZ, PRXZ (或 NUXY, NUYZ, NUXZ),
ALPX, ALPY, ALPZ (或CTEX, CTEY, CTEZ或THSX, THSY, THSZ), DENS, GXY, DAMP
面载荷
压力 -
边 1 (J-I), 边 2 (K-J), 边 3 (L-K)
体载荷
温度 -- T(I), T(J), T(K), T(L), T(M), T(N)
流量 -- FL(I), FL(J), FL(K), FL(L), FL(M), FL(N)
特定求解能力
塑性、蠕变、辐射膨胀、应力刚度、大变形、大应变、生死单元、自适应下降、初应力输入
关键选项
KEYOPT(3) –单元行为:
0 - 平面应力
1 - 轴对称
2 - 平面应变 (Z 向应变 = 0.0)
3 - 带有厚度输入的平面应力
KEYOPT(5) - 额外应力输出
0 - 输出基本单元解
1 - 输出积分点应力
2 - 输出节点应力
KEYOPT(6) - 额外表面结果输出
0 - 输出基本单元解
3 - 同时输出各积分点处的非线性结果
4 - 对有非零压力的各边输出表面结果
KEYOPT(9) - 初应力子程序选项 (只有直接输入KEYOPT命令才可用)
0 - 不使用用户子程序提供初应力 (默认)
1 - 从用户子程序 USTRESS 读入初应力数据 (如何写用户子程序见
ANSYS用户程序特性指南)
PLANE2 输出数据
与单元有关的结果输出有两种形式：
·包括在整个节点解中的节点位移。
·附加的单元输出，见表 2.1 "PLANE2 单元输出定义"。
在图 2.2 "PLANE2应力输出" 中显示了几个输出项。单元应力的方向平行于单元坐标系。对于单元中任意具有非零压力的边，可以输出表面应力；表面应力定义为平行或垂直于边界线，例如 IJ 边的表面应力定义为平行和垂直 IJ 线，对于平面问题沿 Z 轴方向，对于轴对称问题沿环向。
在 "结果输出" 中给出了对于结果输出的一般说明。查看的方法见"ANSYS 基本分析指南"。
图 2.2 PLANE2 应力输出
单元输出定义表使用如下标记:
在名称列中的冒号 (：) 表示该项可以用分量名方法[ETABLE, ESOL] 处理；O 列表示该项可用于 Jobname.OUT 文件；R 列表示该项可用于结果文件。无论 O 列或 R 列，Y 表示该项总是可用的，数字表示表的一个注解,其中说明了使用该项的条件；而减号 "-" 表示该项不可用。
表 2.1 PLANE2 单元输出定义
名称定义O R EL 单元号Y Y NODES 单元角节点 (I, J 和 K) Y Y MAT 单元材料号Y Y THICK 单元平均厚度Y Y VOLU: 单元体积Y Y
XC,YC 结果输出点位置Y 3 PRES 压力，P1 在节点 J,I；P2 在 K,J；P3 在 L,K Y Y TEMP 温度 T(I),T(J),T(K),T(L),T(M),T(N) Y Y FLUEN 流量 FL(I),FL(J),FL(K),FL(L),FL(M),FL(N) Y Y S: X,Y,Z,XY 应力 (对平面应力单元 SZ = 0.0) Y Y S: 1,2,3 主应力Y - S: INT 应力强度Y - S: EQV 当量应力Y Y EPEL: X,Y,Z,XY 单元的弹性应变Y Y EPEL: 1,2,3 单元的弹性主应变Y - EPEL: EQV 单元的当量弹性应变 [4] - Y EPTH: X,Y,Z,XY 单元的平均热应变Y Y EPTH: EQV 单元的当量热应变 [4] - Y EPPL: X,Y,Z,XY 单元的塑性应变 2 2 EPPL: EQV 单元的当量塑性应变 [4] - 2 EPCR: X,Y,Z,XY 单元的蠕变应变 2 2 EPCR: EQV 单元的当量蠕变应变 [4] - 2 EPSW 单元的辐射膨胀应变 2 2 NL: EPEQ 节点的当量塑性应变 2 2 NL: SRAT 节点的真实应力与屈服面应力之比 2 2 NL: SEPL 节点在应力-应变曲线上的当量应力 2 2 NL: HPRES 节点静水压力- 2 FACE 侧边标号 1 1 EPEL(PAR,PER,Z) 侧边弹性应变(平行, 垂直, Z 向或环向) 1 1
TEMP 侧边平均温度 1 1
S(PAR,PER,Z) 侧边应力(平行, 垂直, Z 向或环向) 1 1
SINT 侧边应力强度 1 1
SEQV 侧边当量应力 1 1
LOCI: X,Y,Z 积分点位置- Y 注解:
1 表面解输出 (如果 KEYOPT(6) = 4 且对于非零压力边界)。
2 非线性结果, 只有在单元为非线性材料特性时才输出。
3 仅用作*GET命令的输出项，给出单元中心处结果。
4 当量应变使用有效泊松比：对于弹性和热问题，该值由用户给出
(MP,PRXY命令)；对于塑性和蠕变问题，该值设为 0.5。
表 2.2 PLANE2 其它单元输出
说明输出项名称O R
积分点非线
EPPL, EPEQ, SRAT, SEPL, HPRES, EPCR, EPSW 1 - 性结果
积分点应力LOCATION, TEMP, SINT, SEQV, EPEL, S 2 -
节点应力LOCATION, TEMP, S, SINT, SEQV 3 -
注解
1当单元材料为非线性且 KEYOPT(6) = 3 时在各积分点处输出；
2当 KEYOPT(5) = 1时在各积分点处输出；
3当 KEYOPT(5) = 2时在各角点处输出；
表 2.3: "PLANE2 输出项和序列号" 列出了可以通过ETABLE命令,采用序列号方法输出的内容列表。更多信息见"ANSYS基本分析指南" 中关于一般后处理 (POST1) 部分和本手册中关于"输出项和序列号表"部分。在表 2.3: "PLANE2 输出项和序列号" 中使用以下标记：
NAME
与表 2.1: "PLANE2 单元输出定义" 中相同定义的输出量；
ITEM
用于ETABLE命令的预先定义的输出项；
E
对于单值或常数型单元数据的序列号；
I,J,K,L,M,N
节点I,J,K,L,M,N 处数据的序列号；
表 2.3 PLANE2输出项和序列号
输出量名称
ETABLE和ESOL命令输入
Item E I J K L M N
P1 SMISC - 2 1 - - - - P2 SMISC - - 4 3 - - - P3 SMISC - 5 - 6 - - -
使用ETABLE命令的表面解的输出项和序列号见本手册中的表面解。PLANE2 假设和限制
·单元的面积必须大于零。
·对轴对称分析，PLANE2单元必须位于总体坐标的X-Y 平面中，Y 轴必须是对称轴，如图 2.1 "PLANE2 单元几何" 所示；轴对称结构建模必须满足X≥0 。
·删除一条边上的中间节点，则意味着沿该边的位移变化为线性的，而不再是抛物线的。关于使用有中间节点的单元的更多信息参见 "ANSYS建模和分网指南"中的"二次单元 (中间节点)"。
·只有在满足单元解部分所说明的条件时，表面应力输出才是有效的。PLANE2 产品限制
对于以下产品，本单元在上述一般假设和限制的基础上再增加一定的限制：ANSYS Professional:
·材料的阻尼 (DAMP) 特性不能用；
·流体体载荷不能用；
·特定功能中只有应力刚度可以使用;
·KEYOPT(6) = 3 不能用。
4.12 PLANE13
单元性质: 2 维耦合场实体单元
有效产品： MP ME <> <> <> <> EM <> <> PP ED
PLANE13 单元说明
PLANE13 具有 2 维磁、热、电、压电和结构场分析能力，并能在各场之间实现有限的耦合。本单元有 4 个节点，每个节点最多有 4 个自由度。本单元具有为 B-H曲线或永磁体退磁曲线建模的非线性磁能力。PLANE13单元具有大变形和应力刚度能力。在用于纯结构分析时，PLANE13单元也具有大应变的能力。关于本单元的更多细节见 "ANSYS公司理论手册" 中的PLANE13。具有类似功能的耦合场单元是SOLID5、SOLID62和SOLID98。
图 13.1 PLANE13 单元几何
PLANE13 输入数据
在图 13.1: "PLANE13 单元几何" 中给出了 PLANE13单元的几何形状、节点位置和单元坐标系。单元输入数据包括 4个节点和磁、热、电及结构材料特性。单位类型(MKS 单位或用户定义)通过EMUNIT命令指定。EMUNIT也确定MUZERO 的值。EMUNIT默认采用 MKS 单位，而MUZERO = 4 π x 10-7亨/米。除 MUZERO 外，通过材料特性表中的 MURX 和 MURY来定义正交各向异性的相对导磁率。
MGXX 和 MGYY 表示永磁材料矫顽力的矢量分量。矫顽力的大小为其各个分
量的平方和的平方根。极化方向由分量 MGXX 和 MGYY 确定。永久磁极的方向和正交各向异性材料的方向与单元坐标系一致。单元坐标系的定位见坐标系。非线性磁特性B-H、压电特性和各向异性弹性特性用 TB 命令输入，详见 "数据表–隐式分析"。非线性正交各向异性磁特性可以通过 B-H 曲线和线性相关导磁率的结合来确定。在各单元坐标方向上使用 B-H 曲线时，将相应导磁率设置为零。一种材料只能设置一条B-H 曲线。
本单元可以组合使用不同的节点载荷 (取决于 KEYOPT(1) 的值)。节点载荷用 D 和 F 命令定义。如果有节点载荷，对平面问题应该输入每单位厚度的值，对轴对称分析应该输入整个360°圆周的值。
单元载荷在 "节点和单元载荷" 中说明。压力、对流热或热流密度 (二者不能同时使用)、辐射以及麦克斯韦面标记[1]可以作为单元边界面上的载荷用 SF 和 SFE命令输入，如图 13.1 "PLANE13 单元几何" 中带圆圈数字所示。正压力指向单元内部。需要计算磁力的表面，可以在该面上使用无数值参数的面载荷命令 MXWF 作为标记。在这些面上会计算一个麦克斯韦应力张量以得到磁力。在求解时，这些力作为载荷施加到结构上。该表面标记应该施加到与需要计算力的体相邻的 "空气"单元上。删除指定的 MXWF 也就取消了该标记。
体载荷 - 温度、生热率以及磁虚位移[2]可以输入其在单元节点处的值或单一的单元值 [BF和BFE]。源流密度载荷可以施加到面 (area) 上 [BFA]，也可以施加到单元上 [BFE]。当存在温度自由度时(KEYOPT(1) = 2 或 4)，忽略以体载荷方式 [BF和BFE] 施加的温度。一般情况下，未给定的节点温度和生热率默认为由BFUNIF或TUNIF指定的均匀温度或生热率。在静态和瞬态分析时，来自焦尔热的生热率作为求解时的热载荷。
如果存在温度自由度，计算得到的温度将替换任何输入的节点温度。
对于需要计算局部 Jacobian 力[2]的空气单元，可以将 [BF] 命令中 MVDI 标识符的节点值取为1 和 0 以作为识别。细节可见 "ANSYS电磁场分析指南"。求解时这些力不施加到结构上。
译注：[1] "麦克斯韦面标记MXWF" 不是真正意义上的载荷，它只是给模型中需要计算力的部分加上标记。一般给与模型表面相邻的空气单元加上该标记，计算出力后储存到相邻的空气单元中，再在后处理器中对它们求和以得到该部分的合力。
[2] "磁虚位移 MVDI" 不是真正意义上的载荷，它只是给模型中需要计算力的部分加上标记。和麦克斯韦面标记的作用相同，只是使用了虚功方法。
磁标量势选项由 SOURC36 单元、 RACE 宏命令或电磁耦合来定义。不同的磁标量势求解选项用 MAGOPT 命令定义。
单元输入汇总于 "PLANE13 输入汇总"。对于本单元输入的一般说明见 "单元输入"。用于轴对称问题时，见轴对称单元。
PLANE13 输入汇总
节点
I, J, K, L
自由度
若 KEYOPT (1) = 0 ： AZ
若 KEYOPT (1) = 2：TEMP
若 KEYOPT (1) = 3：UX, UY
若 KEYOPT (1) = 4：UX, UY, TEMP, AZ
若 KEYOPT (1) = 6：VOLT, AZ
若 KEYOPT (1) = 7：UX, UY, VOLT
实常数
无
材料特性
EX, EY, EZ, (PRXY, PRYZ, PRXZ 或 NUXY, NUYZ, NUXZ),
ALPX, ALPY, ALPZ (或 CTEX, CTEY, CTEZ 或 THSX, THSY, THSZ),
DENS, GXY, DAMP,
KXX, KYY, C, ENTH, MUZERO, MURX, MURY,
RSVZ, MGXX, MGYY, PERX, PERY,
加上 BH, ANEL, 以及 PIEZ 数据表 (见ANSYS帮助中的 "数据表–隐式分析")。
面载荷
压力、对流或热流密度 (但二者不同时)、辐射 (用标识符 Lab = RDSF) 以
及麦克斯韦面标记：
面 1 (J-I), 面 2 (K-J), 面3 (L-K), 面4 (I-L)
体载荷
温度 -
T(I), T(J), T(K), T(L)
生热率 -
HG(I), HG(J), HG(K), HG(L)
磁虚位移 -
VD(I), VD(J), VD(K), VD(L)
源流密度 -
备用, 备用, JSZ(I), PHASE(I), 备用, 备用,
JSZ(J), PHASE(J), 备用, 备用, JSZ(K), PHASE(K),
备用, 备用, JSZ(L), PHASE(L)
求解能力
·场的耦合计算 (位移、温度、电、磁，但不包括压电)，要求迭代求解；
·大变形；
·大应变；
·应力刚度；
·生死单元；
·自适应下降。
关键选项
KEYOPT(1) –单元自由度
0 -- AZ 自由度
2 -- 温度自由度
3 -- UX, UY 自由度
4 -- UX, UY, TEMP, AZ 自由度
6 -- VOLT, AZ 自由度
7 -- UX, UY, VOLT 自由度
KEYOPT(2) –额外的形状函数
0 -- 包括额外的形状函数
1 -- 不包括额外的形状函数
KEYOPT(3) –单元性质
0 - 平面应变 (有结构自由度)
1 - 轴对称
2 - 平面应力 (有结构自由度)
KEYOPT(4) –单元坐标系定义
0 - 单元坐标系平行于总体坐标系；
1 - 单元坐标系以 I-J 边为基础。
KEYOPT(5) –额外的单元输出
0 - 基本单元输出；
1 - 对所有积分点重复基本解；
2 - 节点应力输出。
PLANE13 输出数据
与单元有关的结果输出有两种形式：
?包括在整个节点解中的节点自由度。
?附加的单元输出，见表 13.1 "PLANE13 单元输出定义"。
在图 13.2 " PLANE13 应力输出" 中显示了几个输出项。单元输出的方向平行于单元坐标系。在 "结果输出" 中给出了对于结果输出的一般说明。查看的方法见 "ANSYS基本分析指南"。
图 13.2 PLANE13 单元输出
由于直角坐标系和极坐标系使用的符号约定不同，对平面 (KEYOPT(3) = 0)和轴对称 (KEYOPT(3) =1) 分析，磁流量密度矢量的方向相反。
单元输出定义表使用如下标记:
在名称列中的冒号 (：) 表示该项可以用分量名方法 [ETABLE, ESOL] 处理；O 列表示该项可用于 Jobname.OUT 文件；R 列表示该项可用于结果文件。无论 O列或 R 列，Y 表示该项总是可用的，一个数字表示表的一个注解,其中说明了使用该项的条件；而减号 "-" 表示该项不可用。
表 13.1 PLANE13 单元输出定义
名称定义O R EL 单元号Y Y NODES 节点- I, J, K, L Y Y MAT 材料号Y Y VOLU：体积Y Y XC, YC 结果输出点位置Y 3
PRES P1 在节点 J, I; P2 在 K, J; P3 在 L, K;
P4 在 I, L Y Y
TEMP 输入温度 T(I), T(J), T(K), T(L) Y Y HGEN 输入的生热率 HG(I), HG(J), HG(K), HG(L) Y - S:X, Y, Z, XY 应力分量 (对平面应力问题 SZ = 0.0) 1 1 S:1, 2, 3 主应力 1 1 S:INT 应力强度 1 1 S:EQV 当量应力 1 1 EPEL:X, Y, Z, XY 弹性应变 1 1 EPEL:1, 2, 3 弹性主应变 1 - EPEL:EQV 当量弹性应变 [4] - 1 EPTH:X, Y, Z, XY 平均热应变 1 1
EPTH:EQV 当量热应变 [4] - 1 TG:X, Y, SUM 热梯度分量和矢量和 1 1
TF:X, Y, SUM 热流率密度 (热流率/截面积) 分量和矢量
和1 1
EF:X, Y 电场分量 (X, Y) 1 1 EF:SUM EF 矢量的大小 1 1 D:X, Y 电流密度分量 (X, Y) 1 1 D:SUM D矢量的大小 1 1
UE, UD, UM 电 (UE), 电介质 (UD) 和机电耦合 (UM)
能量1 1
LOC 输出位置 (X, Y) 1 - MUX, MUY 导磁率 1 1 H:X, Y 磁场强度分量 1 1 H:SUM H 矢量的大小 1 1 B:X, Y 磁流密度分量 1 1 B:SUM B矢量的大小 1 1 JSZ 源流密度, 仅对静态分析有效 1 1 JTZ 总的电流密度 1 1 JHEAT: 单位体积产生的焦耳热 1 1 FJB(X, Y) Lorentz 力分量 1 1 FMX(X, Y) Maxwell 力分量 1 1 FVW(X, Y) 虚功力分量 1 1 FMAG:X, Y 组合 (FJB 和 FMX) 力分量- 1 FACE 侧面标记 2 2 AREA 侧面面积 2 2 NODES 侧面节点号 2 -
HFILM 侧面各节点处的膜系数 2 - TBULK 侧面各节点处的介质温度 2 - TAVG 侧面的平均温度 2 2 HEAT RATE 由对流换热引起的边界的热流率 2 2 HEAT RATE/AREA 由对流换热引起的边界每单位面积的热流率 2 - HFLUX 侧面各节点处的热流密度 2 - HFAVG 侧面的平均膜系数 2 2 TBAVG 侧面的平均介质温度- 2 HFLXAVG 由输入热流引起的边界每单位面积的热流率- 2 TJB(Z) 绕总体直角坐标系 +Z 轴的Lorentz 扭矩 1 1 TMX(Z) 绕总体直角坐标系 +Z 轴的Maxwell 扭矩 1 1 TVW(Z) 绕总体直角坐标系 +Z 轴的虚功扭矩 1 1 注解：
1 只输出计算得到的结果 (以输入数据为基础)。
附注：
JT 代表导体中可测量的总电流密度，包括涡流效应和速度影响(如果进行过计算)。对于轴对称问题 (KEYOPT(4) = 0)，X 和 Y 方
向分别对应径向和轴向。X, Y, Z 和 XY 应力输出分别对应径向、
轴向、环向和面内剪切应力。
对于谐波分析，焦耳热损失 (JHEAT)、力 (FJB(X, Y), FMX(X, Y), FVW(X, Y)) 以及扭矩 (TJB(Z), TMX(Z), TVW(Z)) 为时间平均
值。这些结果储存在 "实部" 数据组中。可以用宏 POWERH, FMAGSUM
和 TORQSUM 来得到这些数据。
2 只有输入面载荷时可用；
3 只有在单元中心，作为*GET项时可用；
4 当量应变使用有效泊松比：对于弹性和热分析，由用户输入
(MP,PRXY)。
表 13.2 PLANE13 其它单元输出
说明输出项名称O R 积分点结果SINT, SEQV, EPEL, S, MUX, MUY, H, HSUM, B, BSUM 1 - 节点结果SINT, SEQV, S, H, HSUM, B, BSUM 2 - 注解：
1 如果 KEYOPT(5) = 1 在各积分点输出；
2 如果 KEYOPT(5) = 2 在各节点输出；
表 13.3 "PLANE13 输出项和序列号" 列出了可以通过ETABLE命令,采用序列号方法输出的内容列表。更多信息见 "ANSYS基本分析指南" 中一般后处理 (POST1) 部分和本手册中 "输出项和序列号表" 部分。在表 13.3 "PLANE13 输出项和序列号" 中使用如下标识符：
Name
与表 13.1: "PLANE13 单元输出定义" 中相同定义的输出量；
Item
用于ETABLE命令的预先定义的输出项；
E
对于单值或常数型单元数据的序列号；
I,J,K,L
节点I,J,K,L 处数据的序列号；
FC N
单元第N条边输出项的序列号。
表 13.3 PLANE13 输出项和序列号
ETABLE和ESOL命令输入
输出量名称
Item E I J K L
JSZ SMISC 1 - - - -
P1 SMISC - 4 3 - -
P2 SMISC - - 6 5 -
P3 SMISC - - - 8 7
P4 SMISC - 9 - - 10 MUX NMISC 1 - - - - MUY NMISC 2 - - - - FVWX NMISC 3 - - - - FVWY NMISC 4 - - - - FVWSUM NMISC 5 - - - - JTZ NMISC 7 - - - - UE NMISC 8 - - - - UD NMISC 9 - - - - UM NMISC 10 - - - - TJB(Z) NMISC 35 - - - - TMX(Z) NMISC 36 - - - - TVW(Z) NMISC 37 - - - -
ETABLE和ESOL命令输入输出量名称
Item FC1 FC2 FC3 FC4 AREA NMISC 11 17 23 29 HFAVG NMISC 12 18 24 30 TAVG NMISC 13 19 25 31 TBAVG NMISC 14 20 26 32 HEAT RATE NMISC 15 21 27 33 HFLXAVG NMISC 16 22 28 34
PLANE13 假设和限制
·单元的面积必须是正的；
·对于轴对称问题，本单元必须位于总体坐标的X-Y 平面中，总体 Y 轴必须是对称轴，如图 13.1 "PLANE13 单元几何" 所示。
·轴对称结构必须在 +X 象限中建模；
·对于三角形单元，结构和压电问题中的额外的位移和 VOLT 形函数被自动删除，从而变为常应变单元；
·在非线性瞬态动力分析中应该执行瞬态磁分析；
·在有外加电流载荷并允许形成涡流的导电域中可以进行集肤效应分析，为此需要：设置 KEYOPT(1) = 6、给定电阻系数、和对每一个这种区域中的单元耦合所有的 VOLT 自由度。这一点对于平面和轴对称模型都有效。
·电流密度载荷 (BFE,,JS) 仅对 AZ 选项有效；对于 VOLT, AZ 选项(KEYOPT(1) = 6)，使用F,,AMPS；
·当本单元没有 VOLT 自由度时 (KEYOPT(1) ≤ 4)，对于谐波或瞬态分析，单元的行为取决于所施加的载荷；对于BFE,,JS 载荷，单元好像导线束；没有BFE,,JS 载荷，单元好像一个考虑涡流效应的实导体；
附注：
在这方面，PLANE13 (及 PLANE53) 不同于 3 维单元 SOLID97 和SOLID117。当 SOLID97 和 SOLID117 没有 VOLT 自由度时，它们表现得像导线束。
·谐波分析时不允许永磁体；
·如果模型中至少有一个单元的压电自由度 (位移和 VOLT)被激活，则所有需要VOLT自由度的单元必须是压电型单元，必须激活压电自由度。如果对这些单元不想要压电效应，可以简单地为它们定义非常小的压电材料性能。
注意：
对于轴对称选项，自由度是 VOLT*半径，详见ANSYS公司理论手册。
·本单元可能与其它有VOLT自由度的单元不兼容；要兼容，各单元必须有相同的反力(见ANSYS电磁场分析指南中的单元兼容性)。
PLANE13 产品限制
对于以下产品，将在上述一般假设和限制的基础上再增加一定的限制：ANSYS Mechanical.
除了 Emag 选项可用的情况外，另有下列限制：
·本单元只有结构、热或压电能力，没有磁能力；
·AZ 自由度不激活；
·KEYOPT(1)默认为 4 (UX, UY, TEMP) 而不是 0，且不能设置为 0。如果设置为 4 或 6，AZ 自由度不激活；
·磁和电材料形能 (MUZERO, MUR_, MG__, 及 BH 数据表)不允许；
·Maxwell 力标记面载荷不能用；
ANSYS Emag.
·本单元只有磁场和电场能力，没有结构、热或压电能力；
·只激活 AZ 和 VOLT 自由度；
·只允许磁和电材料形能 (MUZERO, MUR_, MG__, 及 BH 数据表)；
·只能用 Maxwell 力标记面载荷；生热率体载荷不能用；温度体载荷只能用于材料性能计算；
·本单元部允许任何特定求解功能；
·KEYOPT(1)只能设置为 0 (默认) 或 6；KEYOPT(3) = 2 不能用。
一、单元分类 MP - ANSYS/Multiphysics DY - ANSYS/LS-Dyna3D FL - ANSYS/Flotran ME - ANSYS/Mechanical PR - ANSYS/Professional PP - ANSYS/PrepPost ST - ANSYS/Structural EM - ANSYS/Emag 3D ED - ANSYS/ED
LINK1 —二维杆单元 单元描述： LINK1单元有着广泛的工程应用，比如：桁架、连杆、弹簧等等。这种二维杆单元是杆轴方向的拉压单元，每个节点有2个自由度：沿节点坐标系x、y方向的平动。就象在铰接结构中的表现一样，本单元不承受弯矩。单元的详细特性请参考理论手册。三维杆单元的描述参见LINK8。 下图是本单元的示意图。 PLANE2 —二维6节点三角形结构实体单元 单元描述： PLANE2是与8节点PLANE82单元对应的6节点三角形单元。单元的位移特性是二次曲线，适合于模拟不规则的网格（比如由不同的CAD/CAM系统得到的网格）。 本单元由六个节点定义，每个节点有2个自由度：沿节点坐标系x、y 方向的平动。本单元可作为平面单元（平面应力或平面应变）或者作为轴对称单元使用。本单元还具有塑性、蠕变、膨胀、应力刚化、大变形、大应变等功能。详细特性请参考理论手册。 下图是本单元的示意图。
BEAM3二维弹性梁单元 BEAM3是一个轴向拉压和弯曲单元，每个节点有3个自由度：沿节点坐标系x、y方向的平动和绕z轴的转动。单元的详细特性请参考理论手册。其它的二维梁单元是塑性梁单元（BEAM23）和变截面非对称梁单元（BEAM54)。 下图是本单元的示意图。 BEAM4三维弹性梁单元 单元描述： BEAM4是一个轴向拉压、扭转和弯曲单元，每个节点有6个自由度：沿节点坐标系的x、y、z方向的平动和绕x、y、z轴的转动。本单元具有应力刚化和大变形功能。在大变形（有限转动）分析中允许使用一致切线刚度矩阵选项。本单元的详细特性请参考理论手册。变截面非对称弹性梁单元的描述参见BEAM44，三维塑性梁单元的描述参见BEAM24。
ANSYS中单元类型介绍和单元的选择原则 ANSYS中单元类型的选择 初学ANSYS的人，通常会被ANSYS所提供的众多纷繁复杂的单元类型弄花了眼，如何选择正确的单元类型，也是新手学习时很头疼的问题。 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。（常规是6个自由度，比如是用于桁架等框架结构，如鸟巢，飞机场的架构） 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，
初学ANSYS的人，通常会被ANSYS所提供的众多纷繁复杂的单元类型弄花了眼，如何选择正确的单元类型，也是新手学习时很头疼的问题。 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。
ANSYS软件中常用的单元类型 一、单元 （1）link(杆)系列： link1(2D)和link8(3D)用来模拟珩架，注意一根杆划一个单元。 link10用来模拟拉索，注意要加初应变，一根索可多分单元。 link180是link10的加强版，一般用来模拟拉索。 （2）beam(梁)系列： beam3(2D)和beam4(3D)是经典欧拉梁单元，用来模拟框架中的梁柱，画弯据图用etab 读入smisc数据然后用plls命令。注意：虽然一根梁只划一个单元在单元两端也能得到正确的弯矩图，但是要得到和结构力学书上的弯据图差不多的结果还需多分几段。该单元需要手工在实常数中输入Iyy和Izz，注意方向。 beam44适合模拟薄壁的钢结构构件或者变截面的构件，可用"/eshape,1"显示单元形状。 beam188和beam189号称超级梁单元，基于铁木辛科梁理论，有诸多优点：考虑剪切变形的影响，截面可设置多种材料，可用"/eshape,1"显示形状，截面惯性矩不用自己计算而只需输入截面特征，可以考虑扭转效应，可以变截面（8.0以后），可以方便地把两个单元连接处变成铰接（8.0以后，用ENDRELEASE命令）。缺点是：8.0版本之前beam188用的是一次形函数，其精度远低于beam4等单元，一根梁必须多分几个单元。8.0之后可设置“KEYOPT(3)=2”变成二次形函数，解决了这个问题。可见188单元已经很完善，建议使用。beam189与beam188的区别是有3个结点，8.0版之前比beam188精度高，但因此建模较麻烦，8.0版之后已无优势。 (3)shell(板壳)系列 shell41一般用来模拟膜。 shell63可针对一般的板壳，注意仅限弹性分析。它的塑性版本是shell43。加强版是shell181（注意18*系列单元都是ansys后开发的单元，考虑了以前单元的优点和缺陷，因而更完善），优点是：能实现shell41、shell63、shell43...的所有功能并比它们做的更好，偏置中点很方便（比如模拟梁板结构时常要把板中面望上偏置），可以分层，等等。 (4)solid(体)系列 土木中常用的就solid45、solid46、solid65、solid95等。 solid45就不用多说了，solid95是它的带中结点版本。
ANSYS中单元类型介绍和单元的选择原则ANSYS中单元类型的选择 初学ANSYS的人，通常会被ANSYS所提供的众多纷繁复杂的单元类型弄花了眼，如何选择正确的单元类型，也是新手学习时很头疼的问题。 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。（常规是6个自由度，比如是用于桁架等框架结构，如鸟巢，飞机场的架构） 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。
a n s y s单元类型
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。单元类型有杆、梁和管单元（一般称为线单元）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15>L/h≥4时，采用考虑剪切变形的梁单元。 ②当构件L/h≥15时, 采用不考虑剪切变形的梁单元。 ③BEAM18X系列可不必考虑的上限，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/h<5～8时为厚板，应采用实体单元。 当5～8<L/h<80～100时为薄板，选2D体元或壳元 当L/h>80～100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）、应力刚化（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
Ansys单元类型设置 一、单元类型选择概述: ANSYS的单元库提供了100多种单元类型，单元类型选择的工作就是将单元的选择范围缩小到少数几个单元上； 单元类型选择方法： 1.设定物理场过滤菜单，将单元全集缩小到该物理场涉及的单元； 二、单元类型选择方法（续一） 2.根据模型的几何形状选定单元的大类，如线性结构则只能用“Plane、Shell”这种单元去模拟； 3.根据模型结构的空间维数细化单元的类别，如确定为“Beam”单元大类之后，在对话框的右栏中，有2D和3D的单元分类，则根据结构的维数继续缩小单元类型选择的范围； 三、单元类型选择方法（续二） 4.确定单元的大类之后，又是也可以根据单元的阶次来细分单元的小类，如确定为“Solid-Quad”，此时有四种单元类型：Quad 4node 42 Quad 4node 183 Quad 8node 82 Quad 8node 183 前两组即为低阶单元，后两组为高阶单元； 四、单元类型选择方法（续三） 5.根据单元的形状细分单元的小类，如对三维实体，此时则可以根据单元形状是“六面体”还是“四面体”，确定单元类型为“Brick”还是“Tet”； 五、单元类型选择方法（续四） 6.根据分析问题的性质选择单元类型，如确定为2D的Beam单元后，此时有三种单元类型可供选择，如下：2D elastic 3 2Dplastic 23 2D tapered 54，根据分析问题是弹性还是塑性确定为“Beam3”或“Beam4”，若是变截面的非对称的问题则用“Beam54”。 六、单元类型选择方法（续五） 7.进行完前面的选择工作，单元类型就基本上已经定位在2-3种单元类型上了，接下来打开这几种单元的帮助手册，进行以下工作： 仔细阅读其单元描述，检查是否与分析问题的背景吻合、
ANSYS 中的超单元 摘自htbbzzg的博客，网易从 8.0 版开始，ANSYS 中增加了超单元功能，本文通过一些实际例子，探讨了 ANSYS 中超单元的具体使用。 1. 使用超单元进行静力分析 根据 ANSYS 帮助文件，使用超单元的过程可以划分为三个阶段 (称为 Pass)： (1) 生成超单元模型 (Generation Pass) (2) 使用超单元数据 (Use Pass) (3) 扩展模型 (Expansion Pass) 下面以一个例子加以说明： 一块板，尺寸为 20×40×2，材料为钢，一端固支，另一端承受法向载荷。 首先生成原始模型 se_all.db，即按照整个结构进行分析，以便后面与超单元结果进行比较： 首先生成两个矩形，尺寸各为 20×2。 然后定义单元类型 shell63； 定义实常数 1 为： 2 (板厚度)。 材料性能： 弹性模量 E=201000； 波松比μ=0.3； 密度ρ=7.8e-9； 单位为 mm-s-N-MPa。 采用边长 1 划分单元； 一端设置位移约束 all，另一端所有 (21 个) 节点各承受 Z 向力 5。 计算模型如下图：
静力分析的计算结果如下：
为了后面比较的方便，分别给出两个 area 上的结果：
超单元部分，按照上述步骤操作如下： (1) 生成超单元 选择后半段作为超单元，前半段作为非超单元(主单元)。 按照 ANSYS 使用超单元的要求，超单元与非超单元部分的界面节点必须一致 (重合)，且最好分别的节点编号也相同，否则需要分别对各节点对建立耦合方程，操作比较麻烦。 实际上，利用 ANSYS 中提供的 mesh200 单元，对超单元和非超单元的界面实体，按照同一顺序，先于所有其它实体划分单元，很容易满足界面节点编号相同的要求。对于多级超单元的情况，则还要结合其它操作 (如偏移节点号等) 以满足这一要求。 对于本例，采用另一办法，即先建立整个模型，然后再划分超单元和非超单元。即：将上述模型分别存为 se_1.db (超单元部分) 和 se_main.db (非超单元部分) 两个文件，然后分别处理。 对于 se_1.db 模型，按照超单元方式进行处理。由于模型及边界条件已建立，只需删除前半段上的划分，结果就是超单元所需的模型。 然后直接进入创建超单元矩阵的操作，首先说明一下创建超单元矩阵的一般步骤： A 进入求解模块： 命令：/Solu GUI：Main menu -> Solution B 设置分析类型为“子结构或部件模态综合“ 命令：ANTYPE GUI ：Main menu -> Solution -> Analysis Type -> New Analysis 选择 Substructuring/CMS (子结构或部件模态综合) C 设置子结构选项 命令：SEOPT
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15>L/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/h<5～8时为厚板，应采用实体单元。（h为板壳的厚度）当5～8
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
ansys单元类型种类统计 单元名称种类单元号 LINK (共12种) 1,8,10,11,31,32,33,34,68,160,167,180 PLANE (共20种)2,13,25,35,42,53,55,67,75,77,78,82,83,121,145,146,162,182,183,223 BEAM (共09种)3,4,23,24,44,54,161,188,189 SOLID (共30 种)5,45,46,62,64,65,69,70,87,90,92,95,96,97,98,117,122,123,127,128,147,148,164,168, 185,186,187,191,226,227 COMBIN (共05种)7,14,37,39,40 INFIN (共04种)9,47,110,111 CONTAC (共05种)12,26,48,49,52 PIPE (共06种)16,17,18,20,59,60 MASS (共03种)21,71,166 MATRIX (共02种)27,50 SHELL (共19种)28,41,43,51,57,61,63,91,93,99,131,132,143,150,157,163,181,208,209 FLUID (共14种)29,30,38,79,80,81,116,129,130,136,138,139,141,142 SOURC (共01种)36 HYPER (共06种)56,58,74,84,86,158 VISCO (共05种)88,89,106,107,108 CIRCU (共03种)94,124,125 TRANS (共02种)109,126 INTER (共05种)115,192,193,194,195 HF (共03种)118,119,120 ROM (共01种)144 SURF (共04种)151,152,153,154 COMBI (共01种)165 TARGE (共02种)169,170 CONTA (共06种)171,172,173,174,175,178 PRETS (共01种)179 MPC (共01种)184 MESH (共01种)20
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) < L/h < (80~100) 时为薄板，可选2D 实体或壳单元 当L/h > (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 < R/h < 20 时为中厚壳结构，选择中厚壳单元。 当R/h <= 6 时为厚壳结构。 上述各式中h 为板壳厚度，L 为平板面内特征尺度，R 为壳体中面的曲率半径。2. 薄板理论的基本假定 薄板所受外力有如下三种情况： ①外力为作用于中面内的面内荷载。弹性力学平面应力问题。 ②外力为垂直于中面的侧向荷载。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。
一般来说，按“杆梁壳体”单元顺序，只要后一种单元的自由度完全包含前一种单元的自由度，则只要有公共节点即可，不需要约束方程，否则需要耦合自由度与约事方程。例如： （1）杆与梁、壳、体单元有公共节点即可，不需要约束方程。 （2）梁与壳有公共节点怒可，也不需要约束写约束方程；壳梁自由度数目相同，自由度也相同，尽管壳的rotz是虚的自由度，也不妨碍二者之间的关系，这有点类同于梁与杆的关系。 （3）梁与体则要在相同位置建立不同的节点，然后在节点处耦合自由度与施加约束方程。 （4）壳与体则也要相同位置建立不同的节点，然后在节点处耦合自由度与施加约束方程。 上面所述的不同单元之间的接连方法主要是用耦合自由度和约束方程来实现的，有一定的局限性，只适用于小位移，下面介绍一种支持大位移算法的方法，MPC法。 MPC即Multipoint Constraint,多点约束方程，其原理与前面所说的方程的技术几乎一致，将不连续、自由度不协调的单元网格连接起来，不需要连接边界上的节点完全一一对应。 MPC能够连接的模型一般有以下几种。 solid 模型-solid 模型 shell模型-shell模型 solid 模型-shell 模型 solid 模型-beam 模型 shell 模型-beam模型 在 ANSYS中，实现上述MPC技术有三种途径。 （1）通过MPC184单元定义模型的刚性或者二力杆连接关系。定义MPC184单元模型与定义杆的操作完全一致，而MPC单元的作用可以是刚性杆（三个自由度的连接关系）或者刚性梁（六个自由度的连接关系）。 （2）利用约束方程菜单路径Main Menu>preprocessor>Coupling/Ceqn>shell/solid Interface创建壳与实体模型之间的装配关系。 （3）利用ANSYS接触向导功能定义模型之间的装配关系。选择菜单路径Main
ANSYS 单元类型（详细） 把收集到得ANSYS 单元类型向大家交流下。Mass21 是由6 个自由度的点元素，x,y,z 三个方向的线位移以及绕x,y,z 轴的旋转位移。每个自由度的质量和惯性矩分别定义。Link1 可用于各种工程应用中。根据应用的不用，可以把此元素看成桁架，连杆，弹簧，等。这个2 维杆元素是一个单轴拉压元素，在每个节点都有两个自由度。X,y, 方向。铰接，没有弯矩。Link8 可用于不同工程中的杆。可用作模拟构架，下垂电缆，连杆，弹簧等。3 维杆元素是单轴拉压元素。每个点有3 个自由度。X,y,z 方向。作为铰接结构，没有弯矩。具有塑性，徐变，膨胀，应力强化和大变形的特性。Link10 3 维杆元素，具有双线性劲度矩阵的特性，单向轴拉（或压）元素。对于单向轴拉，如果元素变成受压，则硬度就消失了。此特性可用于静力钢缆中，当整个钢缆模拟成一个元素时。当需要静力元素能力但静力元素又不是初始输入时，也可用于动力分析中。该元素是shell41 的线形式，keyopt（1）=2, ' cloth '选如项果。分析的目的是为了研究元素的运动，（没有静定元素），可用与其相似但不能松弛的元素（如link8 和pipe59 ）代替。当最终的结构是一个拉紧的结构的时候，Link10 也不能用作静定集中分析中。但是由于最终局于一点的结果松弛条件也是有可能的。在这种情况下，要用其他的元素或在linkIO中使用‘显示动力’技术°Link1O每个节点有3 个自由度，x,y,z 方向。在拉（或压）中都没有抗弯能力，但是可
以通过在每个link1O 元素上叠加一个小面积的量元素来实现。具有应力强化和大变形能力。Link11 用于模拟水压圆筒以及其他经受大旋转的结构。此元素为单轴拉压元素，每个节点有3 个自由度。X,y,z 方向。没有弯扭荷载。Link18O 可用于不同的工程中。可用来模拟构架，连杆，弹簧，等。此3 维杆元素是单轴拉压元素，每个节点有3 个自由度。X,y,z 方向。作为胶接结构，不考虑弯矩。具有塑性，徐变，旋转，大变形，大应变能力。link18O 在任何分析中都包括应力强化项（分析中，nlgeon,on），此为缺省值。支持弹性，各向同性硬化塑性，运动上的硬化塑性，希尔各向异性塑性，chaboche 非线性硬化塑性和徐变等。Beam3 单轴元素，具有拉，压，弯性能。在每个节点有3 个自由度。X,y, 方向以及绕z 轴的旋转。Beam4 是具有拉压扭弯能力的单轴元素。每个节点有6 个自由度，x,y,z, 绕x,y,z 轴。具有应力强化和大变形能力。在大变形分析中，提供了协调相切劲度矩阵选项。Beam23 单轴元素，拉压和受弯能力。每个节点有3 个自由度。该元素具有塑性，徐变，膨胀能力。如果这些影响都不需要，可使用beam3 ，2 维弹性梁。Beam24 3 维薄壁梁。单轴元素，任意截面都有拉压、弯曲和St. Venant 扭转能力。可用于任何敞开的和单元截面。该元素每个节点有6 个自由度：x,y,z 和绕x,y,z 方向。该元素在轴向和自定义的 截面方向都具有塑性，徐变和膨胀能力。若不需要这些能力，可用弹性梁beam4或beam44。Pipe20 和beam23 也具有塑性，徐变和膨胀能力。截面是通过一系列的矩形段来定义的。梁的纵轴向方向
如果模型中加入（或删除）材料，模型中相应的单元就“存在”（或消亡）。单元生死选项就用于在这种情况下杀死或重新激活选择的单元。（可用的单元类型在表6－1中列出。）本选项主要用于钻孔（如开矿和挖通道等），建筑物施工过程（如桥的建筑过程），顺序组装（如分层的计算机芯片组装）和另外一些用户可以根据单元位置来方便的激活和不激活它们的一些应用中。单元生死功能只适用于ANSYS/Multiphysics，ANSYS/Mechanical和ANSYS/Structural产品。 Table 6-1 Elements with birth and death capability LINK1 SURF19 SHELL41 SOLID64 LANE83 SHELL143 PLANE2 IPE20 LANE42 SOLID65 SOLID87 SURF151 BEAM3 MASS21 SHELL43 LANE67 SOLID90 SURF152 BEAM4 SURF22 BEAM44 LINK68 SOLID92 SURF153 SOLID5 BEAM23 SOLID45 SOLID69 SHELL93 SURF154 LINK8 BEAM24 LANE53 SOLID70 SOLID95 SHELL157 LINK10 PLANE25 BEAM54 MASS71 SOLID96 TARGE169 LINK11 MA TRIX27 PLANE55 SOLID72 SOLID97 TARGE170 PLANE13 LINK31 SHELL57 SOLID73 SOLID98 CONTA171 COMBIN14 LINK32 PIPE59 PLANE75 SHELL99 CONTA172 PIPE16 LINK33 PIPE60 PLANE77 PLANE121 CONTA173 PIPE17 LINK34 SOLID62 PLANE78 SOLID122 CONTA174 PIPE18 PLANE35 SHELL63 PLANE82 SOLID123 在一些情况下，单元的生死状态可以根据ANSYS的计算数值决定，如温度，应力，应变等。可以用ETABLE命令（Main Menu>General Postproc>Element Table>Define Table）和ESEL命令（Utility Menu>Select>Entities）来确定选择的单元的相关数据，也可以改变单元的状态（溶和，固结，俘获等）。本过程对于由相变引起的模型效应（如焊接过程中原不生效的熔融材料变为生效的模型体的一部分），失效扩展和另外一些分析过程中的单元变化是有效的。 单元生死是如何工作的？ 要激活“单元死”的效果，ANSYS程序并不是将“杀死”的单元从模型中删除，而是将其刚度（或传导，或其他分析特性）矩阵乘以一个很小的因子[ESTIF]。因子缺省值为1.0E-6，可以赋为其他数值（详见“施加载荷并求解”一章）。死单元的单元载荷将为0，从而不对载荷向量生效（但仍然在单元载荷的列表中出现）。同样，死单元的质量，阻尼，比热和其他类似效果也设为0值。死单元的质量和能量将不包括在模型求解结果中。单元的应变在“杀死”的同时也将设为0。 与上面的过程相似，如果单元“出生”，并不是将其加到模型中，而是重新激活它们。用户必须在PREP7 中生成所有单元，包括后面要被激活的单元。在求解器中不能生成新的单元。要“加入”一个单元，先杀死它，然后在合适的载荷步中重新激活它。 当一个单元被重新激活时，其刚度，质量，单元载荷等将恢复其原始的数值。重新激活的单元没有应变记录（也无热量存储等）。但是，初应变以实参形式输入（如LINK1 单元）的不为单元生死选项所影响。而且，除非是打开了大变形选项[NLGEOM,ON],一些单元类型将以它们以前的几何特性恢复（大变形效果有时用来得到合理的结果）。单元在被激活后第一个求解过程中同样可以有热应变（等于a*(T-TREF)),如果其承受热量体载荷。
把收集到得ANSYS单元类型向大家交流下。 初学ANSYS的人，通常会被ANSYS所提供的众多纷繁复杂的单元类型弄花了眼，如何选择正确的单元类型，也是新手学习时很头疼的问题。 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
ANSYS结构分析单元功能与特性 /可以组成一一些命令，一般是一种总体命令（session),三十也有特殊，比如是处理/POST1 ! 是注释说明符号，，与其他软件的说明是一样的，ansys不作为命令读取， * 此符号一般是APDL的标识符，也就是ansys的参数化语言，如*do ,,,*enddo等等 NSEL的意思是node select，即选择节点。s就是select，选择。 DIM是定义数组的意思。array 数组。 MP命令用来定义材料参数。 K是建立关键点命令。K,关键点编号,x坐标,y坐标，z坐标。K, NPT, X, Y, Z是定义关键点，K是命令，NPT是关键点编号，XYZ是坐标。 NUMMRG, keypoint 用这个命令，要保证关键点的位置完全一样，只是关键点号不一样的才行。这个命令对于重复的线面都可以用。这个很简单，压缩关键。 Ngen 复制节点 e,节点号码：这个命令式通过节点来形成单元 NUMCMP,ALL：压缩所有编号，这样你所有的线都会按次序重新编号~你要是需要固定的线固定的标号NSUBST,100,500,50：通过指定子步数来设置载荷步的子步 LNSRCH线性搜索是求解非线性代数方程组的一种技巧，此法会在一段区间内，以一定的步长逐步搜索根，相比常用的牛顿迭代法所要耗费的计算量大得多，但它可以避免在一些情况下牛顿迭代法出现的跳跃现象。LNSRCH激活线性搜索 PRED 激活自由度求解预测 NEQIT指定一个荷载步中的最大子步数 AUTOTS 自动求解控制打开自动时间步长. KBC -指定阶段状或者用跳板装载里面一个负荷步骤。 SPLINE:P1，P2，P3，P4，P5，P6，XV1，YV1，ZV1，XV6，YV6，ZV6（生成分段样条曲线） *DIM，Par，Type，IMAX，JMAX，KMAX，Var1，Var2，Var3（定义载荷数组的名称） 【注】Par: 数组名 Type：array 数组，如同fortran,下标最小号为1，可以多达三维（缺省） char 字符串组（每个元素最多8个字符） table IMAX，JMAX，KMAX各维的最大下标号 Var1，Var2，Var3 各维变量名，缺省为row,column,plane(当type为table时) /config是设置ansys配置参数的 命令格式为/CONFIG, Lab, V ALUE Lab为参数名称value为参数值 例如：/config，MXEL，10000的意思是最大单元数为10000 杆单元:LINK1、8、10、11、180 梁单元：BEAM3、4、23、24，44，54，188，189 管单元:PIPE16，17，18，20，59，60 2D实体元:PLANE2，25，42，82，83，145，146，182，183 3D实体元:SOLID45，46，64，65，72，73，92，95，147，148，185，186，187，191 壳单元:SHELL28，41，43，51，61，63，91，93，99，143，150，181，208，209 弹簧单元:COMBIN7，14，37，39，40 质量单元:MASS21 接触单元:CONTAC12，52，TARGE169，170，CONTA171，172，173，174，175，178 矩阵单元:MATRIX27，50
ANSYS单元选取与计算精度 ANSYS中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，如果它们都是六面体单元，可以退化为四面体单元和棱柱体单元，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，它们都是高阶单元每条边上均带中间节点，单元的主要功能基本相同。在ANSYS计算中选取单元的基本原则是优先选用大编号的单元类型。例如：对于第一类里面而言solid45和solid185单元，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。 solid185 是一种采用力与位移混合形状函数的线性单元，但可以退化为五面体或四面体单元。solid185支持大变形大应变，solid185单元用于构造三维固体结构。每个六面体单元有8个节点，在节点坐标系下每个节点有沿着x,y,z三个方向平移的自由度。solid185单元具有超弹性，应力钢化，蠕变，大变形和大应变能力。还可采用混合模式模拟几乎不可压缩弹塑性材料和完全不可压缩超弹性材料。 图2.3 单元类型solid185 Fig.2.3 element type solid185 ANSYS软件中常见的板壳单元有shell63，shell181等，shell63，shell181可以归为一类，若不规则形状的四节点四边形单元可以退化成三节点三角形单元。优先选取单元大编号的单元。即所有薄壁筒形结构均用shell181平面四节点四边形等参元来分析。shell181适合分析薄的及中等厚度的板壳结构零件。该单元有四个结点，每个结点有六个自由度，即在节点坐标系方向上沿x，y，z方向的平动自由度和x，y，z方向的转动自由度。这种单元类型还支持线性，大扭转和大应变和变厚度非线性分析。它既能用完全法也可用缩减法，可用于
ANSYS分析中的单元选择方法 ANSYS的单元库提供了100多种单元类型，单元类型选择的工作就是将单元的选择范围缩小到少数几个单元上； 一、设定物理场过滤菜单，将单元全集缩小到该物理场涉及的单元； 二、根据模型的几何形状选定单元的大类，如线性结构则只能用“Plane、Shell”这种单元去模拟；根据模型结构的空间维数细化单元的类别，如确定为“Beam”单元大类之后，在对话框的右栏中，有2D和3D的单元分类，则根据结构的维数继续缩小单元类型选择的范围； 三、确定单元的大类之后，又是也可以根据单元的阶次来细分单元的小类，如确定为“Solid-Quad”，此时有四种单元类型： Quad 4node 42 Quad 4node 183 Quad 8node 82 Quad 8node 183 前两组即为低阶单元，后两组为高阶单元； 四、根据单元的形状细分单元的小类，如对三维实体，此时则可以根据单元形状是“六面体”还是“四面体”，确定单元类型为“Brick”还是“Tet”； 五、根据分析问题的性质选择单元类型，如确定为2D的Beam单元后，此时有三种单元类型可供选择，如下：2D elastic 3 2Dplastic 23 2D tapered 54，根据分析问题是弹性还是塑性确定为“Beam3”或“Beam4”，若是变截面的非对称的问题则用“Beam54”。 六、进行完前面的选择工作，单元类型就基本上已经定位在2-3种单元类型上了，接下来打开这几种单元的帮助手册，进行以下工作： 仔细阅读其单元描述，检查是否与分析问题的背景吻合、了解单元所需输入的参数、单元关键项和载荷考虑；了解单元的输出数据；仔细阅读单元使用限制和说明。