ansys分析结构静力学中常见的单元类型

ANSYS静力学显式动力学1. 引言ANSYS是一款多功能的工程仿真软件，广泛应用于不同行业的产品设计、分析和优化中。

其中，静力学和显式动力学是ANSYS的两个重要模块，本文将对这两个模块进行全面、详细、完整且深入的探讨。

2. 静力学2.1 概述静力学是研究物体在静止状态下受力平衡的学科。

通过静力学分析，可以确定物体的受力情况、结构的稳定性以及构件的强度等信息。

2.2 ANSYS中的静力学分析ANSYS中的静力学分析模块可以通过建立几何模型、定义材料和边界条件来进行分析。

在分析过程中，可以考虑不同的加载情况，如静力加载和重力加载。

2.3 静力学分析的步骤静力学分析通常包括以下步骤： 1. 建立或导入模型：使用ANSYS的建模工具创建几何模型或导入现有模型。

2. 定义材料和属性：为模型定义材料特性和材料属性。

3. 定义边界条件：为模型的边界定义约束和加载条件。

4. 网格划分：将模型划分为离散的网格单元。

5. 求解分析：通过求解静力学方程，得到模型的受力状态。

6. 后处理：分析结果的可视化和数据输出。

3. 显式动力学3.1 概述显式动力学是一种研究物体在动力加载作用下的运动和响应的学科。

与静力学不同，显式动力学考虑了时间因素，可以模拟和预测物体在瞬态加载情况下的动态响应。

3.2 ANSYS中的显式动力学分析ANSYS中的显式动力学分析模块可以模拟各种动力加载条件下的物体运动和响应。

该模块可以用于模拟撞击、爆炸、碰撞、结构破坏等情况，并可以为工程师提供重要的设计参考信息。

3.3 显式动力学分析的步骤显式动力学分析通常包括以下步骤： 1. 建立或导入模型：与静力学分析相同，需要建立或导入模型。

2. 定义材料和属性：为模型定义材料特性和材料属性，以便模拟加载情况下的材料响应。

3. 定义边界条件：为模型的边界定义约束和加载条件，包括初始速度和力。

4. 网格划分：将模型划分为离散的网格单元。

5. 求解分析：通过求解显式动力学方程，得到模型在不同时间步长下的运动和响应。

6.4 线性静力学分析实例——壳单元分析实例
• 壳单元是有限元分析经常需要使用的单元类型，本例将通过壳单元 对管道结构进行静力学分析，使读者掌握壳单元的使用方法，同时 与实体结构分析结果进行对比，查看两种单元分析结果的误差，使 读者对壳单元的使用有更加全面的认识。
6.4.1 问题描述
• 图6-32所示为管道连接结构，纵向小管道受到50kN的外力作用， 横向大管道两端约束，现采用壳单元对整个结构进行仿真校核。
2．几何特征删减
• 完成无关结构的删减之后，由于几何模型中存在诸多螺栓孔、定位孔，如左图 所示，这些螺栓孔、定位孔对分析结果也不产生直接影响，且不是分析中关注 的内容，所以要再次对模型进行特征删减，去除支架及横梁结构中存在的螺栓 孔、定位孔，最终得到可以用于分析的模型，如右图所示。
3．导入几何模型
6.4.3 材料属性设置
• 本例中采用Structure Steel材料，各项参数设置按照图所示进行设置，其他按 照软件默认即可，然后通过Model中Geometry下的Assignment将材料赋予几何 模型。
6.4.4 网格划分
• 采用六面体主体网格划分方法，右键单击Mesh，插入Method，采用自动划分 方法；同时单击鼠标右键，插入Sizing，设置所有薄板单元尺寸为8mm，生 成网格，结果如图所示。
• 下面通过实体模型的计算，来与壳单元计算结构进行对比。操作步骤如下。 • （1）导入实体几何模型进行网格划分，采用六面体主体网格划分技术，网格
大小设置为10mm，划分结果。 • （2）同壳单元边界及载荷设置一致，固定大管道两端，同时在-x方向施加
50kN载荷，结果。 • （3）模型求解。
6.5 本章小结
• 本章通过移动龙门架和外伸梁结构的静力分析实例，详细介绍了在WB 19.0中 进行静力学分析的基本思路和步骤，在第一个实例中介绍如何通过Imprint Faces施加载荷，第二个实例中详细介绍了如何创建和使用梁单元进行静力分 析，通过每一步详细操作，确保读者对静力分析能有清晰全面的认识和掌握， 最后通过实体单元和壳单元的对比分析，为读者提供使用两种不同类型单元处 理问题的方法。

Ansys结构分析单元类型ansys结构分析单元类型决定单元的自由度设置，如：（1）结构单元有6个自由度（2）单元形状：六面体，三角形等（3）维数：二维、三维（4）位移形函数：线形、二次函数。

本文按单元的特点将结构分析单元分为：线单元、管单元、实体单元、壳单元、接触单元、特殊单元六大类。

2．1线单元线单元主要有：杆单元、梁单元。

2．1．1杆单元杆单元主要用于桁架和网格计算。

属于只受拉、压力的线单元。

主要用于模拟弹簧，螺杆，预应力螺杆，薄膜桁架等模型。

其主要的类型有：(1)LINK1是个二维杆单元，可刚作桁架、连杆或弹簧；(2)LINK8是个三维杆单元，可用作桁架、缆索、连杆、弹簧等模型；(3)LINK10是个三维仅受拉伸或压缩杆单元，可用于将整个钢缆作为一个单元来模拟的钢缆静力。

2．1．2梁单元梁单元主要用于框架结构计算。

属于既受拉、压力，又有弯曲应力的线单元。

主要用于模拟螺栓，薄壁管件，C型截面构件，角钢或细长薄膜构件。

其主要的类型有：(1)BEAM3是个二维弹性粱单元，可用于轴向拉伸、压缩和弯曲单元；(2)BEAM4是个三维弹性梁单元，可用于轴向拉伸、压缩、扭转和弯曲单元；(3)BEAM54是个二维弹性渐变不对称梁单元，可用于分析拉伸、压缩和弯曲功能的单轴向单元；(4)BEAM44是个三维渐变不对称梁单元，可用于分析拉伸、压缩、扭转和弯曲功能的单轴单元；(5)BEAMl88是个三维线性有限应变梁单元，可用于分析从细长到中等粗短的梁结构；(6)BEAMl89是个三维二次有限应变梁单元，可刚于分析从细长到中等粗短的梁结构。

2．2管单元(1)PIPE16是三维弹性直管单元，可用于分析拉压、扭转和弯曲的单轴向单元。

(2)PIPE17是三维弹性T形管单元，可用于分析拉压、扭转和弯曲T形管单轴单元。

(3)PIPEl8是弹性弯管单元(肘管)，可用于分析拉伸、压缩、扭转和弯曲性能的环形单轴单元。

(4)PIPE20是个塑性直管单元，可用于分析拉压、弯曲和扭转的单轴单元。

ANSYS软件中常用的单元类型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。