第10章 板壳结构分析 265
第10章
板壳结构分析
Analysis of Plates and Shells
当一个3D实体结构的厚度不大（相对于长宽尺寸），而且变形是以翘曲为主时（亦即out-of-plane的变形），这种结构称为板壳结构（plates and shells），此时我们可以用板壳元素（shell element）来model这个问题。用shell元素（而不用solid元素）来model板壳结构主要的优点就是节省计算时间，并且增加解答精度。这章首先在第1节介绍SHELL63元素，这是ANSYS的古典板壳元素。注意，虽然SHELL63是2D的几何形状，但是它是布置在3D的空间中，所以板壳结构分析是3D的问题而不是2D的问题。我们用两个实例来说明SHELL63的应用，在第2节中分析了一个简单的C型断面的悬臂梁，我们要用板壳元素来model整个结构。在第3节中则去模拟一个空气气囊的充气过程，我们将用板壳元素来model它的薄膜行为。第4节里我们会介绍其它的板壳元素，但是大部分都是作为结构分析用的板壳元素。本章在第5节还是以一个简单的练习题作为结束。
板壳元素的特色是弯曲通常主宰其行为，譬如其应力通常大部份来自于弯曲应力，就如同梁结构一样。事实上，板壳元素和梁结构非常相似，主要的差异在于板壳元素承受双向弯曲，而梁元素只有单向的弯曲。诱导板壳元素的过程也和梁元素非常相似。当一片薄板承受弯曲时，原来是平面的一个断面，弯曲后还是假设维持一个平面，换句话说，剪力变形假设可以忽略的。注意，当你使用实体元素（如SOLID45）时，并没有这种「平面维持平面」的假设。266 第10章 板壳结构分析
第10.1节 SHELL63：板壳结构元素
SHELL63: Structural Shell Element
10.1.1 SHELL63元素描述
Figure 10-1 SHELL63 Element
ANSYS基础应用及范例分析
1.ANSYS基础应用
ANSYS是一款用于计算机辅助工程设计和计算机辅助分析(CAE)的多物理场建模、仿真和优化软件，用于仿真复杂设计的性能、功能和现有系统的行为。ANSYS软件包含四大类：动力学、热和流体、电磁场和结构力学，可用于各种应用场景，如航空航天、汽车行业、电子行业、能源及水处理等。
1)动力学分析:动力学分析是ANSYS最基本的研究类型，它主要用于模拟和分析物体在力的作用下的相对运动、旋转和振动，以及物体之间的碰撞和接触力。此外，ANSYS大量的动力学仿真功能和高级刚体动力学功能可以帮助用户模拟复杂的系统，用于机械设计和优化。
2）热和流体分析：热和流体分析是ANSYS中的一个重要研究领域，涵盖了各种流体系统研究，比如压缩性多相流、不可压缩流体、现代飞机等等，以及各种热系统的研究，如热导分析、微波加热和热结合等。
3）电磁场分析：电磁场分析是ANSYS用于模拟电磁场的建模和仿真的研究领域，包括电磁性能测量和分析、电磁兼容性仿真、电磁抗扰度和EMC（电磁兼容）仿真分析等。
4）结构力学分析：结构力学分析是ANSYS最常用的仿真技术。
第3章 ANSYS快速浏览 39
第3章
ANSYS快速浏览
A Quick Trip through ANSYS
本章分成5节。3.1节要带你看一次ANSYS的使用者接口（user interface），包括如何从Microsoft Windows的开始菜单启动ANSYS，及进入ANSYS接口的功能简介。3.2节带你浏览一遍ANSYS的使用说明书，让你对ANSYS的使用说明书的结构有一个大概的认识。ANSYS的使用说明书设计的非常完整（全部印出来的话超过2英尺厚度）而且全部附在软件上，若你有足够的耐心及背景知识，它本身就是很好的工程分析的教材。3.3节会以一个简单的例子，来作一次实际的演练，并在适当的时候快速地介绍ANSYS操作及分析程序上的必要观念。3.4节是根据作者的经验对ANSYS操作上提供一些建议供你作参考。 3.5节是一个练习题，作为本章的结束。
ANSYS随着操作平台（Microsoft Windows、LINUX等）及版本（目前作者使用的版本是ANSYS 8.1）的不同，其使用者接口也有些微的不同，本章第1节是以Microsoft Windows为操作平台，而以ANSYS 8.1版本为例来说明使用者接口。除3.1节外，本书其它的部分与操作平台及ANSYS版本无关。但是当我们参照ANSYS的在线说明系统（On-line Documentation System）时，我们还是以ANSYS 8.1版的编排为准。
40 第3章 ANSYS快速浏览
第3.1节 ANSYS使用者接口
ANSYS User Interface
3.1.1 ANSYS开始菜单
当安装好ANSYS后，在Microsoft Windows的开始菜单内可以找到ANSYS程序，如图3-1所示。欲启动ANSYS，你可以点选「ANSYS」，就会进入一个称为GUI（Graphic User Interface）的界面，如图3-5所示，我们将在3.1.3小节再较详细地介绍这个GUI的操作。
ANSYS教程
第 1 章 前言
1.1 ANSYS简介
ANSYS是一种广泛的商业套装工程分析软件。所谓工程分析软件，主要是在机械结构系统受到外力负载所出现的反应，例如应力、位移、温度等，根据该反应可知道机械结构系统受到外力负载后的状态，进而判断是否符合设计要求。一般机械结构系统的几何结构相当复杂，受的负载也相当多，理论分析往往无法进行。想要解答，必须先简化结构，采用数值模拟方法分析。由于计算机行业的发展，相应的软件也应运而生，ANSYS软件在工程上应用相当广泛，在机械、电机、土木、电子及航空等领域的使用，都能达到某种程度的可信度，颇获各界好评。使用该软件，能够降低设计成本，缩短设计时间。
到80年代初期，国际上较大型的面向工程的有限元通用软件主要有：ANSYS, NASTRAN,
ASKA, ADINA, SAP等。以ANSYS为代表的工程数值模拟软件，是一个多用途的有限元法分析软件，它从1971年的2.0版本与今天的5.7版本已有很大的不同，起初它仅提供结构线性分析和热分析，现在可用来求结构、流体、电力、电磁场及碰撞等问题的解答。它包含了前置处理、解题程序以及后置处理，将有限元分析、计算机图形学和优化技术相结合，已成为现代工程学问题必不可少的有力工具。
1.2 ANSYS软件主要功能
ANSYS软件是融结构、热、流体、电磁、声学于一体的大型通用有限元软件，可广泛的用于核工业、铁道、石油化工、航空航天、机械制造、能源、汽车交通、国防军工、电子、土木工程、生物医学、水利、日用家电等一般工业及科学研究。该软件提供了不断改进的功能清单，具体包括：结构高度非线性分析、电磁分析、计算流体力学分析、设计优化、接触分析、自适应网格划分及利用ANSYS参数设计语言扩展宏命令功能。
1.3 本教材内容
• 讲述如何利用ANSYS进行静力或稳态分析。
• 面向的读者：针对不熟悉ANSYS实际应用的新用户或不常使用ANSYS 的用户。
