ansys的讲义ANSYS有限元分析培训.ppt
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ANSYS有限元分析——课程PPT课件
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12.ANSYS/DesignSpace：该模块是ANSYS的低端产品， 适用与设计工程师在产品概念设计初期对产品进行基 本分析，以检验设计的合理性。其分析功能包括：线 性静力分析、模态分析、基本热分析、基本热力耦合 分析、拓扑优化。其他功能有：CAD模型读取器、自 动生成分析报告、自动生成ANSYS数据库文件、自动 生成ANSYS分析模板。产品详细分类： DesignSpace for MDT DesignSpace for SolidWorks Standalone DesignSpace ： （ 支 持 的 CAD 模 型 有 ： Pro/E 、 UG 、 SAT、Parasoild）
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8. ANSYS/ED：该模块是一个功能完整的设计模拟程序， 它拥有ANSYS隐式产品的全部功能，只是解题规模受 到了限制（目前节点数1000）。该软件可独立运行， 是理想的培训教学软件。
9. ANSYS/LS-DYNA：该程序是一个显示求解软件，可 解决高度非线性结构动力问题。该程序可模拟板料成 形、碰撞分析、涉及大变形的冲击、非线性材料性能 以及多物体接触分析，它可以加入第一类软件包中运 行，也可以单独运行。
有限元分析的基本步骤如下： • 建立求解域并将其离散化有限单元，即将连续问题分
解成节点和单元等个体问题； • 假设代表单元物理行为的形函数，即假设代表单元解
的近似连续函数； • 建立单元方程； • 构造单元整体刚度矩阵； • 施加边界条件、初始条件和载荷； • 求解线性或非线性的微分方程组，得到节点求解结果；
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6. 声学分析 ●定常分析 ●模态分析 ●动力响应分析
ANSYS基础培训PPT课件
• Spectrum -- 谱分析
• Eigen Buckling -- 特征值屈曲分析（线性）
• Substructural -- 子结构分析
• 。。。。。。
ANSYS基础培训
ANSYS非线性
• 材料非线性 • 几何非线性 • 单元ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ线性
ANSYS基础培训
几何非线性
• 大应变 • 大挠度 • 应力刚化 • 旋转软化
ANSYS基础培训
ANSYS文件结构
二进制文件
Jobname.db （数据库文件） Jobname.dbb （备份文件） Jobname.rst （结构分析结果文件） Jobname.rth （热分析结果文件） Jobname.rmg （电磁场分析结果文件） Jobname.rfl （流体分析结果文件） Jobname.tri （三角化刚度矩阵文件） Jobname.emat （单元矩阵文件） Jobname.esav （单元保存文件）
根据节点间位移协调关系。U11= U22，V11=V22 又根据各节点的平 衡条件有
{F}=[K]{δ}
ANSYS基础培训
有限元分析步骤
有限元法可分为几步： • 结构的离散化 • 选择位移模式 即假定位移是坐标的某种简单的函数这种函数称为位移模式或插值函数通 常选多项式作为位移模式一般来说，多项式的项数应等于单元的自由度数。
ANSYS基础培训
ANSYS文件结构（续）
文本文件 Jobname.log（命令日志文件） Jobname.err（错误及警告信息文件）
ANSYS6.0可以改变 Jobname Work directory
ANSYS基础培训
ANSYS内存管理
ANSYS基础培训
有限元分析第6章Ansys入门幻灯片PPT
布尔操作
• 互分〔partition〕 • 将两个或多个相交的实体切成多片但仍通过公共的边界相互联接 • 十分有用，例如如图，找到两条线的交点并保存四条线段。(相交
操作只返回一个公共关键点并删除两条线)
L2 L1
分割
L6
L3
L4 L5
实体建模
从下向上建模
• 下向上建模开场于定义关键点，然后建立其它实体
• 体素从低到高的分类:
• 关键点 线 面 体。 不能删除包含更高级 体素的体素。
• 而且，带有面和面以下体素的模型如壳或二维平板模 型，在ANSYS中也考虑为实体模型。
体
面
线和关键点
体 面 线 关键点
实体建模
定义
• 生成实体模型的两种方法: • 上－下 • 下－上 • 从上到下建模 从生成体〔或面〕开场，并结合其它方法生成最终
Create >-Areas
Operate > Extrude
实体建模 - 从下到上建模
体
• 从下到上方法生成体要求已经定义了关键点或线或面
Create >Volumes
Operate > Extrude
实体建模 - 从下到上建模
操作(operate)
• 布尔操作对由上到下和下到上建模方法生成的实体都有效。
实体建模
实体建模
…总览
• 主题:
A. 定义
B. 自顶向下建模 • 体素 • 工作平面 • 布尔运算
C. 自底向上建模 • 关键点 • 坐标系 • 线, 面, 体 • 操作
实体建模
定义
• 实体建模 可以定义为生成实体模型的过程
• 回忆一下前面定义:
• 一个实体模型是由体、面、线及关键点定义的
• 互分〔partition〕 • 将两个或多个相交的实体切成多片但仍通过公共的边界相互联接 • 十分有用，例如如图，找到两条线的交点并保存四条线段。(相交
操作只返回一个公共关键点并删除两条线)
L2 L1
分割
L6
L3
L4 L5
实体建模
从下向上建模
• 下向上建模开场于定义关键点，然后建立其它实体
• 体素从低到高的分类:
• 关键点 线 面 体。 不能删除包含更高级 体素的体素。
• 而且，带有面和面以下体素的模型如壳或二维平板模 型，在ANSYS中也考虑为实体模型。
体
面
线和关键点
体 面 线 关键点
实体建模
定义
• 生成实体模型的两种方法: • 上－下 • 下－上 • 从上到下建模 从生成体〔或面〕开场，并结合其它方法生成最终
Create >-Areas
Operate > Extrude
实体建模 - 从下到上建模
体
• 从下到上方法生成体要求已经定义了关键点或线或面
Create >Volumes
Operate > Extrude
实体建模 - 从下到上建模
操作(operate)
• 布尔操作对由上到下和下到上建模方法生成的实体都有效。
实体建模
实体建模
…总览
• 主题:
A. 定义
B. 自顶向下建模 • 体素 • 工作平面 • 布尔运算
C. 自底向上建模 • 关键点 • 坐标系 • 线, 面, 体 • 操作
实体建模
定义
• 实体建模 可以定义为生成实体模型的过程
• 回忆一下前面定义:
• 一个实体模型是由体、面、线及关键点定义的
ANSYS有限元入门PPT教案
第20页共49页11选择计算模块改变文件名更改工作路径选择计算模块改变文件名更改工作路径第21页共49页部分文件名称以及含义部分文件名称以及含义第22页共49页第23页共49页第24页共49页22选择单元类型选择单元类型第25页共49页3设置材料属性第26页共49页44建模由底至顶建模建模由底至顶建模由顶至底建模由顶至底建模55网格的划分网格的划分第27页共49页赋予模型材料属性赋予模型材料属性第28页共49页网格划分方式网格划分方式第29页共49页选择选择areaarea方式时的设置方式时的设置第30页共49页几种网格划分的对比几种网格划分的对比第31页共49页66添加约束施加载荷添加约束施加载荷第32页共49页77求解观察结果求解观察结果沿xx轴受压力轴受压力第33页共49页单元受载分析单元受载分析第34页共49页沿沿xxyy轴均受压力时的变形轴均受压力时的变形第35页共49页总变形数据的获得总变形数据的获得第36页共49页利用利用ansysansys作有限元分析基本步骤
• 默认的工作文件名是 file.
第46页4/6共49页
ANSYS文件及工作文件名(续)
• 数据库文件
一些特殊的文件 jobname.db
二进制
• Log 文件
jobname.log
文本
• 结果文件 (例如：结构)
jobname.rxx jobname.rst
二进制
• 图形文件
jobname.grph
第39页3/9共49页
3.3 分析过程
40
第40页/共49页
有限元分析
有限元分析(FEA) 是对物理现象（几何及载荷工况）的模拟，是对真实情 况的数值近似。通过划分单元，求解有限个数值来近似模拟真实环境的无 限个未知量。
• 默认的工作文件名是 file.
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ANSYS文件及工作文件名(续)
• 数据库文件
一些特殊的文件 jobname.db
二进制
• Log 文件
jobname.log
文本
• 结果文件 (例如：结构)
jobname.rxx jobname.rst
二进制
• 图形文件
jobname.grph
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3.3 分析过程
40
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有限元分析
有限元分析(FEA) 是对物理现象（几何及载荷工况）的模拟，是对真实情 况的数值近似。通过划分单元，求解有限个数值来近似模拟真实环境的无 限个未知量。
Ansys-Workbench详解教程ppt课件
局部细化： 支撑处、载荷施加位置、应力变化较大的地方。
ppt课件.
33
网格控制
具体操作：选中结构树的Mesh项，点击鼠标右键，选择Insert，弹出 对网格进行控制的各分项，一般只需设置网格的形式（Method）和单元的 大小（Sizing）。
其余一些网格控制项的意义：
Refinement—细化网格 Mapped Face Meshing—映射网格；
定义
真实系统
ppt课件.
有限元模型
4
节点和单元
载荷
节点: 空间中的坐标位置，具有一定自由度和 存在相互物理作用。
单元: 一组节点自由度间相互作用的数值、矩阵 描述（称为刚度或系数矩阵)。单元有线、面或实 体以及二维或三维的单元等种类。
约束
有限元模型由一些简单形状的单元组成，单元之间通过 节点连接，并承受一定载荷。
与单选的方法类似，只需选择Box Select，再在图形窗口中按住 左键、画矩形框进行选取。 3、在结构树中的Geometry分支中进行选择。
屏幕下方的状态条中将显示被选择的目标的信息。
ppt课件.
22
显示/隐藏目标
1、隐藏目标
在图形窗口的模型上选择一个目标，单击鼠标右键，在弹出的选
项里选择
，该目标即被隐藏。用户还可以在结构树中选取一
操作界面的显示 工具条的显示 选择目标 显示/隐藏 旋转、平移、缩放
ppt课件.
18
创建、打开、保存文档
File菜单或者工具条的 1、创建一个新文档。选择File—New命令。 2、 打开文档。选择File—Open命令。 3、保存文档。选择File—Save或Save As命令，
一般保存为.dsdb格式的文档。
ppt课件.
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网格控制
具体操作：选中结构树的Mesh项，点击鼠标右键，选择Insert，弹出 对网格进行控制的各分项，一般只需设置网格的形式（Method）和单元的 大小（Sizing）。
其余一些网格控制项的意义：
Refinement—细化网格 Mapped Face Meshing—映射网格；
定义
真实系统
ppt课件.
有限元模型
4
节点和单元
载荷
节点: 空间中的坐标位置，具有一定自由度和 存在相互物理作用。
单元: 一组节点自由度间相互作用的数值、矩阵 描述（称为刚度或系数矩阵)。单元有线、面或实 体以及二维或三维的单元等种类。
约束
有限元模型由一些简单形状的单元组成，单元之间通过 节点连接，并承受一定载荷。
与单选的方法类似，只需选择Box Select，再在图形窗口中按住 左键、画矩形框进行选取。 3、在结构树中的Geometry分支中进行选择。
屏幕下方的状态条中将显示被选择的目标的信息。
ppt课件.
22
显示/隐藏目标
1、隐藏目标
在图形窗口的模型上选择一个目标，单击鼠标右键，在弹出的选
项里选择
，该目标即被隐藏。用户还可以在结构树中选取一
操作界面的显示 工具条的显示 选择目标 显示/隐藏 旋转、平移、缩放
ppt课件.
18
创建、打开、保存文档
File菜单或者工具条的 1、创建一个新文档。选择File—New命令。 2、 打开文档。选择File—Open命令。 3、保存文档。选择File—Save或Save As命令，
一般保存为.dsdb格式的文档。
ANSYS基础培训PPT课件
培训手册
CFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN
CFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN
培训手册
• 流动准则 • 屈服准则 • 强化准则
材料非线性
单元非线性
• 接触 – 点----点 – 点----线 – 点----面 – 面----面 – 刚----柔 – 柔----柔
{σ}=[D][B]{δ}e
{σ}—单元内任一点的应力矩阵
[D]—与单元材料有关的弹性矩阵
利用变分原理，建立作用于单元上的节点力和位
移之间的关系式
{F}e=[K]e{δ}e
培训手册
CFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN
CFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN
实体几何模型载荷
培训手册
CFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN
优点 缺点
改变网格不影响载荷 涉及到的加载实体少
生成的单元在当前激活的单元座标下，节 点为总体直角座标，因此实体与有限元模 型可能有不同座标系统和载荷方向 实体载荷在凝聚分析中不方便，因载荷加 在主自由度上施加关键点约束较繁锁 不能显示所有实体载荷
简例（续）
培训手册
CFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN
下面以小变形弹性静力问题为例，加以详细介绍。 几何方程：eij=1/2(ui,j+uj,i) 物理方程：sij=aijklekl 平衡方程：sij,j+fi=0 边界条件：
位移已知边界条件 ui=ui （在边界Гu上位移已知） 外力已知边界条件 sij,j+pi=0（在边界Гp上外力已知）
ANSYS有限元分析基本步骤优秀PPT
➢ 1）建立有限元模型； ➢ 2）加载和求解； ➢ 3）结果后处理和结果查看。
December, 30， 2013
Dynamics - Release 5.5 （001174）
3
2.2 有限元模型的建立
• 建立有限元模型的步骤可以细分为以下几个流程：
➢ 1）指定工作文件名和标题名； ➢ 2）定义单元类型； ➢ 3）定义材料属性； ➢ 4）创建有限元模型。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
December, 30， 2013
Dynamics - Release 5.5 （001174）
9
2.2 有限元模型的建立
• 2.2.3 定义材料属性
➢ ANSYS中的所有分析都需要输入材料属性。例如，在进行结构 分析时，要输入材料的弹性模量和泊松比等。
➢ 定义材料属性的方法 • 单击【Main Menu（主菜单）/【Preprocessor】（前处理器 ）/【Material Props】（材料属性）/【Material Models】（ 材料模型），弹出【Define Material Model Behavior】（定 义材料模型）对话框，单击右侧列表框中的结构模型【 Structural】/【Linear】（线性）/【Elastic】（弹性）/【 Isotropic】（各向同性），表明要定义的材料是各向同性线 弹性材料。 如图2-1所示。
December, 30， 2013
Dynamics - Release 5.5 （001174）
6
2.2 有限元模型的建立
• 创建标题名
➢ 标题名最直观的作用是用简洁的英文语句标示当前分析的某种 信息，如分析对象、分析工况、分析性质等。
➢ 建立或修改标题名的方法如下： • 命令：/TITLE • GUI: Utility Menu（实用菜单）】/【File】（文件）/【 Change Title】弹出【Change Title】对话框，在【 /[TITLE] Enter new title】输入栏中输入标题名 。
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Dynamics - Release 5.5 （001174）
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2.2 有限元模型的建立
• 建立有限元模型的步骤可以细分为以下几个流程：
➢ 1）指定工作文件名和标题名； ➢ 2）定义单元类型； ➢ 3）定义材料属性； ➢ 4）创建有限元模型。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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2.2 有限元模型的建立
• 2.2.3 定义材料属性
➢ ANSYS中的所有分析都需要输入材料属性。例如，在进行结构 分析时，要输入材料的弹性模量和泊松比等。
➢ 定义材料属性的方法 • 单击【Main Menu（主菜单）/【Preprocessor】（前处理器 ）/【Material Props】（材料属性）/【Material Models】（ 材料模型），弹出【Define Material Model Behavior】（定 义材料模型）对话框，单击右侧列表框中的结构模型【 Structural】/【Linear】（线性）/【Elastic】（弹性）/【 Isotropic】（各向同性），表明要定义的材料是各向同性线 弹性材料。 如图2-1所示。
December, 30， 2013
Dynamics - Release 5.5 （001174）
6
2.2 有限元模型的建立
• 创建标题名
➢ 标题名最直观的作用是用简洁的英文语句标示当前分析的某种 信息，如分析对象、分析工况、分析性质等。
➢ 建立或修改标题名的方法如下： • 命令：/TITLE • GUI: Utility Menu（实用菜单）】/【File】（文件）/【 Change Title】弹出【Change Title】对话框，在【 /[TITLE] Enter new title】输入栏中输入标题名 。
《ANSYS入门培训》课件
求解器
ANSYS有多种求解器，包括静力分析、热应力分析、 疲劳分析、模态分析等。
有限元分析
ANSYS使用有限元分析方法，能够精确求解各种工 程问题。
计算流体力学
ANSYS可以进行复杂流体的数值计算，如湍流流动、
ANSYS的后处理和可视化
ANSYS可以进行多种后处理和可视化工作，以更直观地呈现分析结果。
应力云图
ANSYS可以生成应力云图，方便工程师分析和评估模型的稳定性。
温度分布图
ANSYS可以显示温度分布图，方便工程师评估模型的热特性。
可视化工具
ANSYS提供了多种可视化工具，如动画、3D图等。
ANSYS的数据管理和文件输出
ANSYS的数据管理和文件输出需要注意多个方面，确保分析结果的正确性。
优化设计
ANSYS可以进行优化设计，以实现最佳性能和最小 成本。
参数化设计
ANSYS可以进行参数化设计，方便工程师实现多种 设计方案。
ANSYS的案例分析
ANSYS在多个领域有着广泛的应用。
汽车行业
ANSYS有很多案例应用于汽车领域，包括车身设计、 发动机分析等。
航空航天
ANSYS在航空航天领域也有相当多的应用示例，包 括结构、气动和热分析等。
数据管理 文件格式 结果输出
ANSYS需要管理多个不同的文件，以确保分析结 果的一致性。
ANSYS支持多种文件格式，如ANSYS文件、CGNS、 ABAQUS、LS-DYNA等。
ANSYS可以输出多种结果文件，如结果数据库文 件、文本文件、图形文件等。
ANSYS的优化和参数化
ANSYS可以进行优化和参数化，以实现最佳设计。
3
电磁场分析
ANSYS可以进行电磁场分析，如电磁兼容性、高频电磁、电磁散射等。
ANSYS有限元分析 ppt课件
.
. A. B .
分离但节点重叠的 单元A和B之间没有 信息传递（需进行 节点合并处理）
. A. B.
具有公共节点 的单元之间存 在信息传递
1.6 节点和单元 (续)
节点自由度是随连接该节点 单元类型 变化的。
I L
I P
M L
I
J
三维杆单元 (铰接) UX, UY, UZ
I
K
二维或轴对称实体单元 L
• 将连续的结构离散成有限个单元，并在每一单元中 设定有限个节点，将连续体看作只在节点处相连接 的一组单元的集合体。
• 选定场函数的节点值作为基本未知量，并在每一单 元中假设一近似插值函数，以表示单元中场函数的 分布规律。
• 利用力学中的某种变分原理去建立用以求节点未知 量的有限单元法方程，将一个连续域中有限自由度 问题化为离散域中有限自由度问题。
i
du ui1ui
x dx
li
E i
i
E(ui1ui )
x
x
li
1.8 直杆受自重作用的拉伸问题(续)
• 当选择了某种单元类型时，也就十分确定地选择并 接受该种单元类型所假定的单元形函数。
• 在选定单元类型并随之确定了形函数的情况下，必 须确保分析时有足够数量的单元和节点来精确描述 所要求解的问题。
1.8 直杆受自重作用的拉伸问题
1.8 直杆受自重作用的拉伸问题(续)
• 就整个直杆来说，位移函数U(x)是未知的，但对每
单元: 一组节点自由度间相互作用的 数值、矩阵描述（称为刚度或系数 矩阵)。单元有线、面或实体以及二 维或三维的单元等种类。
载荷
有限元模型由一些简单形状的单元组成，单 元之间通过节点连接，并承受一定载荷。
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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
单元阶次是指单元形函数的多项式阶次。 什么是形函数?
薄膜效应），厚壳可以使用shell43，shell143，shell181等 1）shell63单元描述：
shell63 具备弯曲和膜的特性，能承受平面内和法线方向的 荷载。这个单元在节点上有6个自由度：节点x、y、z方向的平 动与转动。它也具备了应力硬化和大变形能力。在大变形（有 限的旋转）分析中可选择一致正切刚度矩阵这一选项。相似的 单元有shell43 、shell181 (塑性能力)和shell93 (中节点)。
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
线性近似 (结果差）
真实曲线
多个单元线性近似 （结果较好）
8
二次近似（结果好）
三、ANSYS单元的选择与使用
线性单元
单元扭曲变形很敏感。 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。
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
2
一阶缩减积 分单元
三、ANSYS单元的选择与使用
1、剪切自锁效应
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
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,solid 185, solid 186,solid 187（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。
11
三、ANSYS单元的选择与使用
2）shell181单元描述 SHELL181单元适合对薄的到具有一定厚度的壳体结构进行分析。 它是一个4结点单元，每个结点具有6个自由度：x,y,z平动与转 动自由度。(如果应用了薄膜选项的话，那该单元则只有平动自 由度了)。shell181单元非常适用于分析线性的，大转动变形和 非线性的大形变。shell181单元可以应用在多层结构的材料，如 复合层压壳体或者夹层结构的建模。和shell43单元相比 shell181单元具有很强非线性收敛性。
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
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，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
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
弯矩M
有限元变形
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
伪横向剪切）
弯矩M
实际变形
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
有限元变形
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）
3
三、AN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、z 3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 式模拟几乎不可压缩弹塑材料和完全不可压缩超弹性材料。 solid185 单元的更高阶单元是186。 2、薄膜使用shell41单元，薄壳使用shell63单元（包含弯曲以及
2019 ANSYS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
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*2
Solid45单元
5
完全积分位移为3.083mm 缩减积分位移为3.287mm
三、ANSYS单元的选择与使用
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
单元阶次是指单元形函数的多项式阶次。 什么是形函数?
薄膜效应），厚壳可以使用shell43，shell143，shell181等 1）shell63单元描述：
shell63 具备弯曲和膜的特性，能承受平面内和法线方向的 荷载。这个单元在节点上有6个自由度：节点x、y、z方向的平 动与转动。它也具备了应力硬化和大变形能力。在大变形（有 限的旋转）分析中可选择一致正切刚度矩阵这一选项。相似的 单元有shell43 、shell181 (塑性能力)和shell93 (中节点)。
的，线性单元只有角节点，而二次单元还有中间节点。
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三、ANSYS单元的选择与使用
自由度按二次分布
线性近似 (结果差）
真实曲线
多个单元线性近似 （结果较好）
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二次近似（结果好）
三、ANSYS单元的选择与使用
线性单元
单元扭曲变形很敏感。 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。
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
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一阶缩减积 分单元
三、ANSYS单元的选择与使用
1、剪切自锁效应
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
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。
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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,solid 185, solid 186,solid 187（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。
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三、ANSYS单元的选择与使用
2）shell181单元描述 SHELL181单元适合对薄的到具有一定厚度的壳体结构进行分析。 它是一个4结点单元，每个结点具有6个自由度：x,y,z平动与转 动自由度。(如果应用了薄膜选项的话，那该单元则只有平动自 由度了)。shell181单元非常适用于分析线性的，大转动变形和 非线性的大形变。shell181单元可以应用在多层结构的材料，如 复合层压壳体或者夹层结构的建模。和shell43单元相比 shell181单元具有很强非线性收敛性。
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
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，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
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
弯矩M
有限元变形
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。
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三、ANSYS单元的选择与使用
伪横向剪切）
弯矩M
实际变形
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
有限元变形
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）
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三、AN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、z 3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 式模拟几乎不可压缩弹塑材料和完全不可压缩超弹性材料。 solid185 单元的更高阶单元是186。 2、薄膜使用shell41单元，薄壳使用shell63单元（包含弯曲以及
2019 ANSYS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
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*2
Solid45单元
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完全积分位移为3.083mm 缩减积分位移为3.287mm
三、ANSYS单元的选择与使用