第五讲 ANSYS概述4-单元和材料模型

ANSYS 结构分析材料模型
1 材料模型的分类
a. ANSYS 结构分析材料属性：
线性(Linear)、非线性(Nolinear)、密度(Density)、热膨胀(Thermal Expansion)、阻尼(Damping)、摩擦系数( Friction Coefficient)、特殊材料(Specialized Materials) 等七种，可通过材料属性菜单分别定义。

b. 材料模型：
线性、非线性及特殊材料三类，每类材料中又可分为多种材料类型，而每种材料类型则有不同的属性。

2 材料模型的定义及特点
材料模型及其属性均可通过GUI 方式输入。

线弹性材料可通过MP 命
令输入，而非线性及特殊材料则通过TB 命令定义，其属性则通过TBDATA 表输入。

表中前几项是常用的塑性材料模型，其后部分的材料模型有专用材料模型和可与前几项组合使用的材料模型。

表中屈服准则列中的Mises/Hill，指针对不同的单元分别采用Mises 屈服准则或Hill屈服准则，凡是可以考虑塑性的所有单元均可采用二者。

常用的单元
杆单元：LINK8、LINK10、LINK180
梁单元：BEAM3、BEAM4、BEAM188、BEAM189
管单元：PIPE16、PIPE20
2D 实体单元：PLANE82、PLANE183
3D 实体单元：SOLID65、SOLID92/95、SOLID191
壳单元：SHELL63、SHELL93、SHELL181
弹簧单元：COMBIN14、COMBIN39
质量单元：MASS21
矩阵单元：MATRIX27
表面效应单元：SURF154。

材料模型ANSYS/LS-DYNA包括40多种材料模型，它们可以表示广泛的材料特性，可用材料如下所示。

本章后面将详细叙述材料模型和使用步骤。

对于每种材料模型的详细信息，请参看Appendix B,Material Model Examples或《LS/DYNA Theoretical Manual》的第十六章（括号内将列出与每种模型相对应的LS-DYNA 材料号）。

线弹性模型·各向同性（#1）;正交各向异性（#2）;各向异性（#2）;弹性流体（#1）非线弹性模型·Blatz-ko Rubber(#7);Mooney-Rivlin Rubber(#27);粘弹性（#6）非线性无弹性模型·双线性各向同性（#3）;与温度有关的双线性各向同性（#4）·横向各向异性弹塑性（#37）;横向各向异性FLD（#39）·随动双线性（#3）;随动塑性（#3）;3参数Barlat（#36）·Barlat各向异性塑性（#33）;与应变率相关的幂函数塑性（#64）·应变率相关塑性（#19）;复合材料破坏（#22）;混凝土破坏（#72）·分段线性塑性（#24）;幂函数塑性（#18）压力相关塑性模型·弹-塑性流体动力学（#10）;地质帽盖材料模型(#25)泡沫模型·闭合多孔泡沫(#53);粘性泡沫(#62);低密度泡沫(#57)·可压缩泡沫(#63);Honeycomb(#26)需要状态方程的模型·Bamman塑性（#51）·Johnson-Cook塑性（#15）·空材料（#9）;Zerilli-Armstrong(#65);Steinberg(#11)离散单元模型·线弹性弹簧;普通非线性弹簧;非线性弹性弹簧;弹塑性弹簧·非弹性拉伸或仅压缩弹簧;麦克斯韦粘性弹簧;线粘性阻尼器·非线粘性阻尼器;索（缆）（#71）刚性体模型·刚体（#20）7.1定义显示动态材料模型用户可以采用ANSYS命令 MP， MPTEMP， MPDATA， TB， TBTEMP和TBDATA以及ANSYS/LS-DYNA命令 EDMP来定义材料模型。

ansys单元介绍-回复ANSYS单元介绍: 一步一步解析引言：ANSYS是一种广泛应用于工程领域的有限元分析软件，可以用于模拟和分析各种结构和流体问题。

在ANSYS中，单元是构成模型的基本元素之一。

单元的选择和使用对于准确模拟和分析结构和流体行为至关重要。

在本文中，我们将一步一步介绍ANSYS中的各种单元类型及其特点。

第一步：ASYS单元的分类ANSYS中有多种类型的单元，每种类型的单元都有特定的用途和特点。

以下是ANSYS中的一些常见单元类型：1.节点(single-point)单元：节点单元是最简单的单元类型，通常用来代表一个点。

它们没有具体的尺寸、形状或体积。

节点单元主要用于定义边界条件和对模型进行约束。

2.直棒单元(beam)：直棒单元用于模拟如梁、柱等结构件。

它们是一维的，具有长度、截面积和惯性矩等属性。

直棒单元适用于分析结构的弯曲和扭转等行为。

3.平面单元(2D element)：平面单元用于模拟二维面内的结构行为，例如板、壳体等。

它们有两个维度，通常是一个矩形或三角形。

平面单元适用于模拟轴对称和平面应力问题。

4.立体单元(3D element)：立体单元用于模拟三维结构的行为，例如块体、体积等。

它们具有三个维度，并可以有复杂的几何形状和体积。

立体单元适用于模拟体积和三维应力问题。

第二步：ANSYS单元的性质和特点每种ANSYS单元都具有其特定的性质和特点，这些性质决定了单元的适用范围和准确性。

1.节点单元的特点：- 节点单元没有具体的几何属性，只有一个坐标点。

- 节点单元通常用于定义边界条件和约束。

- 节点单元可以用于模拟点荷载和点约束。

2.直棒单元的特点：- 直棒单元是一维的，具有长度、截面积和惯性矩等属性。

- 直棒单元适用于分析弯曲和扭转等行为。

- 直棒单元通常通过节点和约束连接构成结构。

3.平面单元的特点：- 平面单元是二维的，具有两个维度，通常是一个矩形或三角形。

- 平面单元适用于模拟轴对称和平面应力问题。

B.2.1. Isotropic Elastic Example: High Carbon SteelMP,ex,1,210e9! PaMP,nuxy,1,.29! No unitsMP,dens,1,7850! kg/m3页脚内容1B.2.7. Bilinear Isotropic Plasticity Example: Nickel Alloy MP,ex,1,180e9! PaMP,nuxy,1,.31! No unitsMP,dens,1,8490! kg/m3TB,BISO,1TBDATA,1,900e6! Yield stress (Pa)TBDATA,2,445e6! Tangent modulus (Pa)页脚内容2B.2.10. Bilinear Kinematic Plasticity Example: Titanium Alloy MP,ex,1,100e9! PaMP,nuxy,1,.36! No unitsMP,dens,1,4650! kg/m3TB,BKIN,1TBDATA,1,70e6! Yield stress (Pa)TBDATA,2,112e6! Tangent modulus (Pa)页脚内容3页脚内容4随动硬化）和1（仅各向同性硬化）间调整硬化参数β来选择各向同性或随动硬化。

应变率用Cowper-Symonds 模型来考虑，用与应变率有关的因数表示屈服应力，如下所示： )(101eff P P P Y E C εβσεσ+⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=⋅ 这里0σ—初始屈服应力，⋅ε—应变率，C 和P-Cowper Symonds 为应变率参数。

eff P ε—有效塑性应变，P E —塑性硬化模量，由下式给出： tan tan E E E E E P -=应力应变特性只能在一个温度条件下给定。

用MP 命令输入弹性模量（Exx ），密度（DENS ）和泊松比（NUXY ）。

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’选项。

如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link10中使用‘显示动力’技术。

Link10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link10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。

Link180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。

ANSYS 入门教程 (4) - 结构分析与结构建模，概述1.4 ANSYS 结构分析与结构建模有限元分析是对真实物理系统的数值近似。

其物理解释为以一组离散的单元集合体近似代替原连续结构，通过各单元分析获得单元组合体结构的特性，在给定的荷载与边界条件下，求得单元组合体各节点的位移，进而求得各单元应力等。

采用何种单元集合体来近似代替真实的求解问题呢？即在实际工程结构仿真分析中，采用何种单元模拟实际结构呢？在模拟实际结构中要考虑哪些细节呢？本节就这些问题进行阐述和讨论。

1.4.1 结构分类及仿真单元在结构分析中，“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。

a. 杆系结构：杆件的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）。

b. 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。

c. 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。

③ BEAM18X 系列可不必考虑上述限制，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。

d. 板壳结构：①当L/h<5～8 时为厚板，应采用实体单元。

②当5～8<L/h<80～100 时为薄板，选2D 体元或壳元③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。

1.4.2 平面模型和空间模型原则：根据不同的设计阶段而采用不同的计算模型，以便取得较高的计算效率。

ansys材料模型各向同性弹性模型各向同性弹性模型。

使用MP命令输入所需参数：MP，DENS—密度MP，EX—弹性模量MP，NUXY—泊松比此部分例题参看B.2.1，Isotropic Elastic Example:High Carbon Steel。

B.2.1. Isotropic Elastic Example: High Carbon SteelMP,ex,1,210e9 ! PaMP,nuxy,1,.29 ! No unitsMP,dens,1,7850 ! kg/m3双线性各向同性模型使用两种斜率（弹性和塑性）来表示材料应力应变行为的经典双线性各向同性硬化模型（与应变率无关）。

仅可在一个温度条件下定义应力应变特性。

（也有温度相关的本构模型；参看Temperature Dependent Bilinear Isotropic Model）。

用MP命令输入弹性模量（Exx），泊松比（NUXY）和密度（DENS），程序用EX和NUXY值计算体积模量（K）。

用TB和TBDATA命令的1和2项输入屈服强度和切线模量：TB，BISOTBDATA，1，σ（屈服应力）YTBDATA，2，E（切线模量）tan例题参看B.2.7,Bilinear Isotropic Plasticity Example：Nickel Alloy。

B.2.7. Bilinear Isotropic Plasticity Example: Nickel Alloy MP,ex,1,180e9 ! PaMP,nuxy,1,.31 ! No unitsMP,dens,1,8490 ! kg/m3TB,BISO,1TBDATA,1,900e6 ! Yield stress (Pa)TBDATA,2,445e6 ! Tangent modulus (Pa)双线性随动模型（与应变率无关）经典的双线性随动硬化模型，用两个斜率（弹性和塑性）来表示材料的应力应变特性。